JP6848728B2 - 内燃機関の冷却システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムの制御装置に関する。

特許文献１に記載されている内燃機関の冷却システムは、機関本体に冷却水を流動させるための冷却水通路を有している。冷却水通路は、機関本体のシリンダを冷却するウォータジャケットと、ウォータジャケットに一端が接続され、他端がウォータポンプに接続されている導入通路とを有している。ウォータポンプは導入通路を通じてウォータジャケットに冷却水を供給する。また、ウォータジャケットには、該ウォータジャケットから冷却水を排出するための導出通路が接続されている。導出通路は、ウォータジャケットに接続されている一端部とは反対側の他端部が二股に分岐している。二股に分岐している他端部のうち、一方にはラジエータと連通しているラジエータ配管が接続され、他方には内燃機関の各種デバイス（例えばスロットルボディなど）と連通しているデバイス配管が接続されている。デバイス配管には、該デバイス配管における冷却水の流動を制限可能な電動バルブが設けられている。特許文献１に記載の制御装置は、冷却水の水温が所定温度以下のときに電動バルブを閉弁状態としてデバイス配管における冷却水の流動を遮断することで、冷却水からの放熱を抑えて機関本体の温度を上昇させるようにしている。

特開２０１３‐１０８３５４号公報

上記特許文献１に記載の内燃機関の冷却システムの制御装置では、冷却水の温度が所定温度以上となるまで電動バルブを閉弁状態としている。こうした内燃機関の冷却システムを備えた車両は、標高が高い状態、すなわち外気圧の低い状態で使用されることもある。冷却水の沸点は該冷却水に作用する外気圧に応じて変化することから、上述したように機関本体の温度を上げるために冷却水の温度を所定温度まで上昇させた場合、外気圧によっては内燃機関の冷却システムにおいて冷却水の沸騰が生じるおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の冷却システムの制御装置は、内燃機関の機関本体に形成されていて該機関本体を冷却する冷却液の通路を構成しているウォータジャケットと、前記ウォータジャケットに冷却液を供給する冷却液ポンプと、前記ウォータジャケットから排出される冷却液の流量を調節する調節弁とを備える内燃機関の冷却システムに適用される。内燃機関の冷却システムの制御装置は、前記調節弁によって前記ウォータジャケットからの冷却液の排出を制限することにより前記機関本体の温度を上昇させる水止め制御を実行する。内燃機関の冷却システムの制御装置では、前記水止め制御が終了される前記ウォータジャケット内の冷却液の温度は、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に低い。

水止め制御の実行により機関本体内の冷却液の温度は迅速に上昇する。冷却液の沸点は冷却液に作用する気圧が低いときほど低くなる。上記構成では、水止め制御が終了されるウォータジャケット内の冷却液の温度は、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に低くなる。そのため、冷却液に作用する気圧が低く、冷却液の沸点が低くなっているときであっても、適切に水止め制御を終了することができる。このように、水止め制御の終了について冷却液に作用する気圧を考慮することにより、水止め制御において冷却液が沸騰するような高い温度まで該冷却液が昇温されることが抑えられる。したがって、水止め制御による冷却液の沸騰を抑制することができる。

また、上記内燃機関の冷却システムの制御装置では、前記外気圧が所定圧を超えている場合には前記水止め制御を実行し、前記外気圧が前記所定圧以下の場合には前記水止め制御を実行しないことが望ましい。

上記構成では、外気圧が所定圧を超えている場合には水止め制御を実行し、外気圧が所定圧以下であり、冷却液の沸点が低くなっている場合には、水止め制御の実行を禁止する。このように、水止め制御の実行について冷却液に作用する気圧を考慮することにより、冷却液の沸点が低くなっていて冷却液が沸騰しやすくなる状況下において、水止め制御の実行を抑えることができる。したがって、水止め制御が適切に行われる。

また、上記内燃機関の冷却システムの制御装置では、外気圧は、現在位置と高度情報とに基づいて算出されることが望ましい。
センサを用いて外気圧を検出する場合にはセンサの個体差における検出値のばらつきを考慮する必要がある。上記構成では、記録されている高度情報を利用して外気圧を算出する。そのため、外気圧の算出にあたって、外気圧を検出するセンサの個体差を考慮する必要がなくなる。

内燃機関の冷却システムの制御装置の概略構成を示す模式図。 調節弁の斜視図。 調節弁の分解斜視図。 調節弁のハウジングを下方から視た斜視図。 ロータの斜視図。 ロータ位相と各ポートの開口率との関係を示すグラフ。 制御部及びナビゲーション装置の機能ブロック図。 水止め制御に係る一連の処理の流れを示すフローチャート。 外気圧と判定値との関係を示すマップ。 外気圧と判定値との関係の他の例を示すマップ。

内燃機関の冷却システムの制御装置の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。内燃機関の冷却システムは車両に搭載されており、冷却液としての冷却水を循環させる。

図１に示すように、内燃機関の機関本体２００は、シリンダブロック２０１とシリンダブロック２０１の上端に連結されているシリンダヘッド２０２とを含んでいる。内燃機関の冷却システム１０は、機関本体２００の内部に形成されたウォータジャケット２０を有している。ウォータジャケット２０は、シリンダブロック２０１に形成されているブロック側ウォータジャケット２０Ａと、シリンダヘッド２０２に形成されていて、ブロック側ウォータジャケット２０Ａと連通しているヘッド側ウォータジャケット２０Ｂとからなる。シリンダヘッド２０２には、ヘッド側ウォータジャケット２０Ｂ内の冷却水の温度を検出する第１水温センサ２１が設けられている。

ウォータジャケット２０の一端は、シリンダブロック２０１に開口している。この開口には、導入配管２２の一端が接続されている。導入配管２２の他端は、冷却水ポンプ２３に接続されている。冷却水ポンプ２３は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動される機関駆動式のポンプである。クランクシャフトの回転に伴い冷却水ポンプ２３が駆動されることにより、冷却水ポンプ２３から導入配管２２を通じてウォータジャケット２０に冷却水が供給される。

ウォータジャケット２０の他端は、シリンダヘッド２０２に開口している。この開口には導出配管２４の一端が接続されている。導出配管２４の他端は、調節弁３０に接続されている。導出配管２４には、該導出配管２４を流れる冷却水の温度を検出する第２水温センサ２５が設けられている。

調節弁３０には、冷却水の吐出口が３つ設けられている。３つの吐出口のうちの１つにはラジエータ９２を経由して冷却水を流動させるための第１冷却水経路９０が接続されている。第１冷却水経路９０は、吐出口に一端が接続されている第１ラジエータ配管９１と、第１ラジエータ配管９１の他端に接続されているラジエータ９２と、ラジエータ９２及び冷却水ポンプ２３を連結する第２ラジエータ配管９３とから構成されている。

調節弁３０の３つの吐出口のうちの１つには、スロットルボディ１０２やＥＧＲバルブ１０３など、内燃機関の各部に設けられたデバイスを経由して冷却水を流動させるための第２冷却水経路１００が接続されている。第２冷却水経路１００は、吐出口に一端が接続されている第１デバイス配管１０１を有している。第１デバイス配管１０１は、下流側の端部が三股に分岐しており、分岐した端部がそれぞれスロットルボディ１０２、ＥＧＲバルブ１０３、及びＥＧＲクーラ１０４に接続されている。第２冷却水経路１００は、第２デバイス配管１０５を有している。第２デバイス配管１０５は、上流分岐部１０５Ａと、該上流分岐部１０５Ａに接続されている合流部１０５Ｂと、該合流部１０５Ｂに接続されている下流分岐部１０５Ｃとからなる。上流分岐部１０５Ａは、上流側の端部が三股に分岐していて、分岐した端部がスロットルボディ１０２、ＥＧＲバルブ１０３、及びＥＧＲクーラ１０４に接続されている。合流部１０５Ｂは、一つの通路を構成している。下流分岐部１０５Ｃは、下流側の端部が二股に分岐していて、分岐した端部がオイルクーラ１０６、及びＡＴＦウォーマ１０７に接続されている。第２冷却水経路１００は、第３デバイス配管１０８を有している。第３デバイス配管１０８は、上流側の端部が二股に分岐していて、分岐した端部がオイルクーラ１０６、及びＡＴＦウォーマ１０７に接続されている。第３デバイス配管１０８の下流側の端部は、第２ラジエータ配管９３に接続されている。第２冷却水経路１００では、調節弁３０から第１デバイス配管１０１に流れた冷却水が、スロットルボディ１０２、ＥＧＲバルブ１０３、及びＥＧＲクーラ１０４に分岐して流動する。スロットルボディ１０２、ＥＧＲバルブ１０３、及びＥＧＲクーラ１０４のいずれかを通過した冷却水は、第２デバイス配管１０５において一旦合流した後、オイルクーラ１０６及びＡＴＦウォーマ１０７に分岐して流れる。オイルクーラ１０６及びＡＴＦウォーマ１０７のいずれかを通過した冷却水は、第３デバイス配管１０８において合流し、第２ラジエータ配管９３を通じて冷却水ポンプ２３に流れる。

調節弁３０の３つの吐出口のうちの１つには、空調装置におけるヒータコア１１２に冷却水を循環させるための第３冷却水経路１１０が接続されている。第３冷却水経路１１０は、吐出口に一端が接続されている第１ヒータ配管１１１と、第１ヒータ配管１１１の他端に接続されているヒータコア１１２と、ヒータコア１１２に一端が接続されている第２ヒータ配管１１３とから構成されている。第２ヒータ配管１１３の他端は、第３デバイス配管１０８に接続されている。第１ヒータ配管１１１に流れた冷却水は、ヒータコア１１２を通過した後、第２ヒータ配管１１３を通じて第３デバイス配管１０８に流動する。第３デバイス配管１０８に流動した冷却水は、第２ラジエータ配管９３を通じて冷却水ポンプ２３に流れる。このように、調節弁３０から各冷却水経路９０，１００，１１０に流れた冷却水は、冷却水ポンプ２３の手前で合流し、冷却水ポンプ２３によって再びウォータジャケット２０に供給される。

調節弁３０には、リリーフ通路１１５が設けられている。リリーフ通路１１５は、調節弁３０の内部と第１冷却水経路９０とを連通している。リリーフ通路１１５には、リリーフ弁１１６が設けられている。リリーフ弁１１６は、リリーフ通路１１５における調節弁３０側の圧力と第１ラジエータ配管９１側の圧力との差圧が所定圧以上になったときに開弁し、調節弁３０から第１冷却水経路９０に冷却水を流動させる。すなわち、リリーフ弁１１６によって調節弁３０内の圧力が過剰に高くなることが抑制されている。

図２〜図５を参照して調節弁３０の構造について説明する。
図２に示すように、調節弁３０は、冷却水の吐出口である３つのポートを有している。すなわち、調節弁３０は、第１冷却水経路９０が接続されるラジエータポートＰ１と、第２冷却水経路１００が接続されるデバイスポートＰ２と、第３冷却水経路１１０が接続されるヒータポートＰ３とを有している。各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれ異なる方向に開口している。デバイスポートＰ２の内径とヒータポートＰ３の内径とは同一である。ラジエータポートＰ１の内径は、デバイスポートＰ２及びヒータポートＰ３の内径よりも大きい。

図３に示すように、調節弁３０は、その構成部品として、ハウジング４０、ロータ６０、回動機構７０、及びカバー８０を備えている。ハウジング４０は、中空形状に形成されていて、調節弁３０の骨格を構成している。ハウジング４０は、本体部４１と、該本体部４１に取り付けられる第１コネクタ部５１、第２コネクタ部５２、及び第３コネクタ部５３とからなる。第１コネクタ部５１は、有底筒状に形成されている第１膨出部５１Ａと、該第１膨出部５１Ａの開口周縁に連結された板状の第１フランジ部５１Ｂと、第１膨出部５１Ａの底壁に接続されている円筒状の第１ポート部５１Ｃとからなる。第１コネクタ部５１はラジエータポートＰ１の一構成部材である。第２コネクタ部５２は、円筒状に形成されている第２ポート部５２Ａと、該第２ポート部５２Ａの一端部における開口周縁に連結された板状の第２フランジ部５２Ｂとからなる。第２コネクタ部５２はデバイスポートＰ２の一構成部材である。第３コネクタ部５３は、円筒状に形成されている第３ポート部５３Ａと、該第３ポート部５３Ａの一端部における開口周縁に連結された板状の第３フランジ部５３Ｂとからなる。第３コネクタ部５３はヒータポートＰ３の一構成部材である。本体部４１には、第１コネクタ部５１が取り付けられる第１取付部４２、第２コネクタ部５２が取り付けられる第２取付部４３、及び第３コネクタ部５３が取り付けられ第３取付部４４が設けられている。第１コネクタ部５１は第１取付部４２にボルト５６によって取り付けられる。また、第２コネクタ部５２は第２取付部４３にボルト５６によって取り付けられており、第３コネクタ部５３は第３取付部４４に図示しないボルトによって取り付けられている。

第１取付部４２には、開口面積の異なる２つの孔が形成されている。これらの孔のうち開口面積の小さい第１孔４２Ａにはリリーフ弁１１６が組付けられる。第１孔４２Ａにリリーフ弁１１６が組付けられた状態で第１コネクタ部５１が第１取付部４２に取り付けられる。これにより、ハウジング４０内部にリリーフ弁１１６が収容される。第１取付部４２に設けられている２つの孔のうち、第１孔４２Ａはリリーフ通路１１５の一部を構成し、第１孔４２Ａよりも開口面積の大きい第２孔４２ＢはラジエータポートＰ１の一部を構成している。なお、ラジエータポートＰ１の通路断面積は、ヒータポートＰ３及びデバイスポートＰ２の各通路断面積に比して大きい。調節弁３０では、このラジエータポートＰ１にリリーフ弁１１６を設けることにより、充分なリリーフ量を確保している。

図４に示すように、本体部４１には、下端部に開口４５が設けられており、その内部に該本体部４１を上下方向に仕切る仕切り壁４６が設けられている。本体部４１の内部において、仕切り壁４６によって仕切られた下側の空間を流入空間４７といい、上側の空間を収容空間４８という。ラジエータポートＰ１、デバイスポートＰ２、ヒータポートＰ３は、流入空間４７と連通している。仕切り壁４６には、流入空間４７と収容空間４８とを連通する支持孔４９が形成されている。支持孔４９の開口縁部には、流入空間４７側に円筒状に突出した摺接部５０が立設されている。摺接部５０の外側面には、径方向外側に突出したストッパ５５が連結されている。

図３に示すように、本体部４１の内部には、下端部からロータ６０が組付けられ、上端部から回動機構７０が組付けられる。
図５に示すように、ロータ６０は、弁体６１と、該弁体６１に挿通されているロータ軸６５とを有している。弁体６１は、図５の上側に配置されている第１弁部６２と、下側に配置されている第２弁部６３とを有している。第１弁部６２は、ロータ軸６５の中心軸方向（図５の上下方向）における中央部分ほど拡径された筒形状に形成されている。第１弁部６２の側壁には、周方向に延びている第１貫通孔６２Ａが形成されている。第１貫通孔６２Ａによって、第１弁部６２の内域と外域とは連通している。第１弁部６２には、その上端に径方向内側に延びている突出壁６２Ｂが連結されている。突出壁６２Ｂの先端には、円環状に形成されている支持壁６２Ｃが連結されている。第１弁部６２の上端部には、周方向に円弧状に延びている係止孔６２Ｄが形成されている。

第２弁部６３は、筒状に形成されていて、その内域が第１弁部６２の内域と連通している。第２弁部６３の側壁には、第２貫通孔６３Ａが形成されている。第２貫通孔６３Ａは、第１貫通孔６２Ａに比して周方向に長く延びている。

ロータ軸６５は、円柱棒状に形成されていて、第１弁部６２の支持壁６２Ｃに挿通されて連結されている。ロータ軸６５は、弁体６１を上下方向に貫通して延びている。ロータ軸６５の上端部には、ベアリング６６が連結されている。ロータ軸６５には、ベアリング６６よりも下方であって支持壁６２Ｃよりも上方にシール６７が連結されている。シール６７は円板状に形成されている。ロータ軸６５が回転すると、該ロータ軸６５を回転中心として弁体６１が回転する。ロータ６０は、ベアリング６６が連結されていない状態のロータ軸６５の上端部を、ハウジング４０の仕切り壁４６の支持孔４９に挿通して収容空間４８側に突出させ、該突出した上端部にベアリング６６を連結することにより、ハウジング４０に組付けられる。この状態では、弁体６１及びシール６７が流入空間４７に配置され、ベアリング６６が収容空間４８に配置される。ベアリング６６は、仕切り壁４６の上面に連結されることにより、ロータ軸６５及び弁体６１をハウジング４０に対して相対回転可能に支持する。シール６７は、摺接部５０の下面に当接し、ロータ軸６５の回転に伴って摺接部５０の下面と摺接する。

ロータ６０がハウジング４０に収容された状態では、弁体６１の係止孔６２Ｄ内に、ストッパ５５が配置される。ロータ６０がハウジング４０に対して相対回転したときには、係止孔６２Ｄ内をストッパ５５が周方向に相対移動する。ストッパ５５が突出壁６２Ｂに当接することでハウジング４０に対するロータ６０の相対回転が規制される。このように、ロータ６０の弁体６１は、ストッパ５５が突出壁６２Ｂに当接するまでの所定の範囲内において、ハウジング４０に対して相対回転になっている。

ロータ６０は、ハウジング４０に対するロータ６０の相対回転位相（以下「ロータ位相θ」という。）がある範囲のときに第１貫通孔６２ＡとラジエータポートＰ１とを連通する。すなわち、ロータ位相θがこの範囲にないときには、ラジエータポートＰ１は弁体６１によって閉塞された状態となる。また、ロータ６０は、ロータ位相θが別のある範囲のときに第２貫通孔６３ＡとデバイスポートＰ２及びヒータポートＰ３のうち少なくとも一方とを連通する。

調節弁３０では、ハウジング４０の下端部に導出配管２４が接続される。これにより、ウォータジャケット２０を流れた冷却水は、導出配管２４を通じて流入空間４７に流入する。導出配管２４から流入空間４７に供給された冷却水は、ロータ６０の内域に流れ、第１貫通孔６２ＡとラジエータポートＰ１とが連通しているときには、流入空間４７からラジエータポートＰ１に冷却水が流動する。また、第２貫通孔６３ＡとデバイスポートＰ２とが連通しているときには、流入空間４７からデバイスポートＰ２に冷却水が流動し、第２貫通孔６３ＡとヒータポートＰ３とが連通しているときには、流入空間４７からヒータポートＰ３に冷却水が流動する。なお、ロータ６０は、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の流路断面積を変化させることにより、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を流れる冷却水の流量を調節することもできる。シール６７は、摺接部５０の下面と摺接することで、流入空間４７から収容空間４８への冷却水の流動を抑えている。

図３に示すように、回動機構７０は、ロータ軸６５の上端に連結される第１ギア７１と、第１ギア７１と噛み合う第２ギア７２とを有している。第２ギア７２には、モータ７３が連結される。モータ７３が第２ギア７２を回転させることにより、第１ギア７１を介してロータ６０が回転駆動される。モータ７３には、該モータ７３の駆動量、すなわちロータ位相θを検出するための位相センサ７４が取り付けられる。位相センサ７４は、モータ７３によって回転駆動される検出ギア７５と、該検出ギア７５の回転位相を検出するセンサ部７６とからなる。センサ部７６は、カバー８０に取り付けられている。回動機構７０は、ハウジング４０の収容空間４８内に配置される。カバー８０は、本体部４１の上端開口を塞ぐように取り付けられる。これにより、回動機構７０はハウジング４０内部に収容される。

次に、調節弁３０のロータ位相θと、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の開口率との関係について説明する。
図６に示すように、調節弁３０では、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の全てが閉じた状態になるときのロータ位相θを「０°」としている。この状態では、弁体６１を上方から視たときの時計回り方向（プラス方向）、及び半時計回り方向（マイナス方向）にロータ６０を回転させることができる。なお、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３における開口率は、全開時の開口面積を「１００％」とし、全閉時の開口面積を「０％」として、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の開口面積の比率を表している。

各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の開口率は、ロータ位相θによって変化する。すなわち、ロータ位相θが「０°」の位置からロータ６０をプラス方向に回転させると、まずヒータポートＰ３が開き始める。そして、プラス方向へのロータ位相θの増加に応じてヒータポートＰ３の開口率は大きくなる。ヒータポートＰ３の開口率が「１００％」に達して全開状態になった後、ロータ位相θをさらに増加させると、次にデバイスポートＰ２が開き始める。そして、プラス方向へのロータ位相θの増加に応じてデバイスポートＰ２の開口率は大きくなる。デバイスポートＰ２の開口率が「１００％」に達して全開状態になった後、ロータ位相θをさらに増加させると、次にラジエータポートＰ１が開き始める。そして、プラス方向へのロータ位相θの増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率は大きくなる。突出壁６２Ｂとストッパ５５とが当接するロータ位相θを「β°」とすると、ロータ位相θは「β°」に至る手前でラジエータポートＰ１が全開になる。この状態からロータ位相θが「β°」に達するまでの間は、各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３が全開の状態になる。このように、調節弁３０では、ロータ６０及びモータ７３のプラスの方向における可動範囲の端は、ロータ位相θが「β°」となる位置であり、この位相では各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の全てが全開になる。

一方、ロータ位相θが「０°」の位置からロータ６０をマイナス方向に回転させると、まずデバイスポートＰ２が開き始め、マイナス方向へのロータ位相θの増加に応じてデバイスポートＰ２の開口率は大きくなる。その後、デバイスポートＰ２の開口率が「１００％」に達する前、すなわち全開状態になる位置よりも少し手前の位置から、ラジエータポートＰ１が開き始める。そして、マイナス方向へのロータ位相θの増加に応じてデバイスポートＰ２の開口率が大きくなって全開状態になり、ラジエータポートＰ１の開口率も大きくなる。突出壁６２Ｂとストッパ５５とが当接するロータ位相θを「−α°」とすると、ロータ位相θが「−α°」に至る手前でラジエータポートＰ１が全開になる。この状態からロータ位相θが「−α°」に達するまでの間は、デバイスポートＰ２及びラジエータポートＰ１が全開状態になる。このように、調節弁３０では、ロータ６０及びモータ７３のマイナス方向における可動範囲の端は、ロータ位相θが「−α°」となる位置であり、この位相ではラジエータポートＰ１及びデバイスポートＰ２が全開になっている。なお、ロータ位相θが「０°」よりもマイナス側の範囲では、ヒータポートＰ３は常に全閉となっている。

図１に示すように、車両には、該車両の経路案内を行うためのナビゲーション装置１２０が搭載されている。ナビゲーション装置１２０は、その機能部として、高度情報記録部１２１と位置検出部１２２とを有している。高度情報記録部１２１には、地図情報と、該地図情報の各位置に関する高度情報が記録されている。位置検出部１２２は、例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）であり、車両の現在位置を検出する。

また、車両には、内燃機関の冷却システム１０を制御する制御部１３０が設けられている。内燃機関の冷却システムの制御装置は、ナビゲーション装置１２０と制御部１３０とによって構成されている。制御部１３０には、第１水温センサ２１、及び第２水温センサ２５からの出力信号が入力される。また、制御部１３０には、内燃機関の燃焼室に導入される吸気の量を検出するエアフローメータ２６や、イグニッションスイッチ２７などからの出力信号も入力される。制御部１３０は、これらの出力信号に基づいて内燃機関の運転中に調節弁３０を制御することで、各冷却水経路９０，１００，１１０に流れる冷却水の流量を制御する。また、制御部１３０は、内燃機関の始動時に水止め制御を実行する。水止め制御では、調節弁３０のロータ位相θを「０°」に制御し、ウォータジャケット２０からの冷却水の排出を停止してウォータジャケット２０内の冷却水の流動を抑制する。これにより、内燃機関の始動時に機関本体２００の温度の上昇が迅速化される。なお、制御部１３０は、車両ネットワーク等を介してナビゲーション装置１２０と通信可能に構成されている。

図７に示すように、制御部１３０は、機能部として、外気圧算出部１３１、外気圧判定部１３２、冷却水温算出部１３３、冷却水温判定部１３４、水止め開始部１３５、相関値算出部１３６、相関値判定部１３７、判定値算出部１３８、及び水止め終了部１３９を有している。

外気圧算出部１３１は、ナビゲーション装置１２０と通信を行い、該ナビゲーション装置１２０の位置検出部１２２によって検出された車両の現在位置と高度情報記録部１２１の高度情報とに基づいて、外気圧を算出する。なお、外気圧とは、内燃機関の冷却システム１０が搭載されている車両がおかれている位置における大気圧のことである。外気圧算出部１３１は、位置検出部１２２によって検出された車両の現在位置と高度情報記録部１２１の高度情報とに基づいて、現在位置の高度を算出する。外気圧算出部１３１には、高度と外気圧との関係を示すマップが記憶されている。外気圧算出部１３１は、現在位置の高度に基づいてマップ演算することにより、外気圧を算出する。なお、高度と外気圧との関係を示すマップは、予めシミュレーション等によって求めることができる。

外気圧判定部１３２は、外気圧算出部１３１によって算出された外気圧が所定圧を超えているか否かを判定する。冷却水温算出部１３３は、第１水温センサ２１からの出力信号に基づいて、ウォータジャケット２０内の冷却水の温度を算出する。冷却水温判定部１３４は、冷却水温算出部１３３によって算出された冷却水の温度が所定温度以下であるか否かを判定する。

水止め開始部１３５は、外気圧判定部１３２によって外気圧が所定圧を超えていると判定されており、冷却水温判定部１３４によって冷却水の温度が所定温度以下であると判定されていることを水止め制御の開始条件としている。水止め開始部１３５は、開始条件が成立すると、調節弁３０のロータ位相θを「０°」に制御して水止め制御を開始する。

相関値算出部１３６は、エアフローメータ２６からの出力信号に基づいて、水止め制御が開始されてからの吸入空気量の積算値である積算吸入空気量ΣＧａを算出する。積算吸入空気量ΣＧａは、水止め制御の開始後に機関本体２００の燃焼室に導入される空気の総量である。積算吸入空気量ΣＧａが多いときほど、機関本体２００における発熱量が多くなり、機関本体２００からウォータジャケット２０内の冷却水に伝達される熱量が多くなる。そのため、積算吸入空気量ΣＧａは、ウォータジャケット２０内の冷却水の温度と相関する相関値である。

相関値判定部１３７は、相関値算出部１３６によって算出された積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であるか否かを判定する。判定値算出部１３８は、外気圧算出部１３１によって算出された外気圧に基づいて、相関値判定部１３７において用いられる上記判定値を算出する。

水止め終了部１３９は、相関値判定部１３７によって積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であると判定されたときに水止め制御を終了する。
次に、図８のフローチャートを参照して、制御部１３０が実行する水止め制御に係る一連の処理の流れについて説明する。水止め制御に係る一連の処理は、内燃機関が始動される度に実行される。なお、内燃機関が始動されたか否かは、イグニッションスイッチ２７がＯＦＦからＯＮに切り替えられたことに基づき判定できる。

図８に示すように、この一連の処理が実行されると、制御部１３０の外気圧算出部１３１は、ナビゲーション装置１２０と通信を行い現在位置の高度情報を取得する。その後、外気圧算出部１３１は現在位置の高度情報に基づいて、外気圧を算出する（ステップＳ８００）。

次に、冷却水温算出部１３３は、第１水温センサ２１からの出力信号に基づいて、ウォータジャケット２０内の冷却水の温度を算出する（ステップＳ８０１）。こうして、外気圧及び冷却水の温度を算出すると、制御部１３０は、水止め制御の開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２の処理では、外気圧判定部１３２が、ステップＳ８００の処理において算出された外気圧が所定圧を超えているか否かを判定する。また、冷却水温判定部１３４が、ステップＳ８０１の処理において算出された冷却水の温度が所定温度以下であるか否かを判定する。なお、本実施形態では、標高０ｍにおける冷却水の沸点を基準沸点とし、冷却水の沸点が基準沸点よりも所定温度低い判定沸点となるときの外気圧を上記所定圧として設定している。その後、水止め開始部１３５は、外気圧判定部１３２によって外気圧が所定圧を超えていると判定されているとき、及び冷却水温判定部１３４によって冷却水の温度が所定温度以下であると判定されているときに、開始条件が成立していると判定する（ステップＳ８０２：ＹＥＳ）。すなわち、ステップＳ８０２の処理では、冷却水の沸点が判定沸点よりも高い状態であるときに開始条件が成立していると判定される。そして、水止め開始部１３５は、水止め制御を開始する（ステップＳ８０３）。これにより、調節弁３０のロータ位相θが「０°」に制御され、ウォータジャケット２０からの冷却水の排出が停止されることで、ウォータジャケット２０内の冷却水の流動が抑制される。

その後、ステップＳ８０４の処理において、判定値算出部１３８が判定値を算出する。判定値算出部１３８は、ステップＳ８００の処理において算出された外気圧に基づいて判定値を算出する。判定値算出部１３８には、外気圧と判定値との関係を示すマップが予め記憶されている。

図９に示すように、このマップでは、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に小さくなるように直線状に判定値が設定されている。このマップは、予め実験やシミュレーションを行うことによって求めることができる。

その後、ステップＳ８０５の処理に移行して、相関値算出部１３６が、水止め制御が開始されてからの積算吸入空気量ΣＧａを算出する。相関値算出部１３６は、水止め制御の開始後から水止め制御が終了するまでの間、所定周期毎に吸入空気量を算出して積算することで、積算吸入空気量ΣＧａを算出する。ステップＳ８０５の処理において、相関値判定部１３７は、相関値算出部１３６によって算出された積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であるか否かを判定する。積算吸入空気量ΣＧａを算出し始めたときには、該積算吸入空気量ΣＧａは判定値以下であるため、ステップＳ８０５の処理では否定判定となる（ステップＳ８０５：ＮＯ）。この場合、制御部１３０は、以降の処理に移行せずにステップＳ８０５の処理を繰り返し実行する。そして、積算吸入空気量ΣＧａが増大して判定値以上となると、相関値判定部１３７は、相関値算出部１３６によって算出された積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であると判定する（ステップＳ８０５：ＹＥＳ）。本実施形態では、判定値として、冷却水の温度が沸点よりも所定温度低い判定水温になるときの積算吸入空気量ΣＧａを設定している。すなわち、積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上となったときには、冷却水の温度は判定水温まで上昇している。こうして積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であると判定されると、水止め終了部１３９は、水止め制御を終了する（ステップＳ８０６）。その後、制御部１３０は、水止め制御に係る一連の処理を終了する。

また、水止め開始部１３５は、ステップＳ８０２の処理において、外気圧判定部１３２によって外気圧が所定圧以下であると判定された場合、もしくは冷却水温判定部１３４によって冷却水の温度が所定温度を超えていると判定された場合には、開始条件が成立していないと判定する（ステップＳ８０２：ＮＯ）。この場合には、水止め開始部１３５は、以降の処理を行わず、すなわち水止め制御を開始せずに、この水止め制御に係る一連の処理を終了する。

本実施形態の作用効果について説明する。
（１）水止め制御の実行により機関本体２００内の冷却水の温度は迅速に上昇する。冷却水の沸点は冷却水に作用する気圧が低いときほど低くなる。本実施形態では、水止め制御の終了を判定するための判定値を、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に小さくなるように算出している。そのため、冷却水に作用する気圧が低く、冷却水の沸点が低くなっているときほど、冷却水の温度が低い状態で水止め制御を終了することができる。これにより、冷却水に作用する気圧が低いときでも、適切に水止め制御を終了することができる。このように、水止め制御の終了について冷却液に作用する気圧を考慮していることから、水止め制御において冷却水が沸騰するような高い温度まで該冷却水が昇温されることが抑えられる。したがって、本実施形態によれば、水止め制御による冷却水の沸騰を抑制することができる。

（２）本実施形態では、外気圧が所定圧を超えているときに水止め制御を実行し、外気圧が所定圧以下であり、冷却水の沸点が低くなっている場合には、水止め制御の実行を禁止している。このように、水止め制御の実行について冷却水に作用する気圧を考慮することにより、冷却水の沸点が低くなっていて冷却水が沸騰しやすい状況下において、水止め制御の実行を抑えることができる。したがって、水止め制御が適切に行われる。

（３）センサを用いて外気圧を検出する場合にはセンサの個体差における検出値のばらつきを考慮する必要がある。本実施形態では、外気圧算出部１３１は、ナビゲーション装置１２０の位置検出部１２２によって検出された現在位置と、高度情報記録部１２１の高度情報とに基づいて外気圧を算出している。そのため、外気圧の算出にあたって、外気圧を検出するセンサの個体差を考慮する必要がなくなる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。以下の変更例は、互いに適宜組み合わせて実施することも可能である。
・内燃機関の冷却システムの制御装置では、ナビゲーション装置１２０に設けられている高度情報記録部１２１の高度情報を更新可能に構成することも可能である。すなわち、ナビゲーション装置１２０と他の更新情報記録部とをネットワークを介して通信可能に構成することで、更新情報記録部に記録されている更新情報に基づいて高度情報記録部１２１に記録されている高度情報を更新する。こうした構成によれば、最新の高度情報に基づいて、外気圧を算出できる。

・ナビゲーション装置１２０に高度情報記録部１２１や位置検出部１２２を設けたが、高度情報記録部１２１や位置検出部１２２は他の装置に設けることも可能である。例えば、制御部１３０に高度情報記録部１２１や位置検出部１２２を設けることも可能である。また、車両外部に設けられる外部装置に高度情報記録部１２１を設けることも可能である。この場合には、ナビゲーション装置１２０と外部装置とを例えばネットワークを介して通信可能に構成し、外部装置からナビゲーション装置１２０を経由して制御部１３０に高度情報を送るとともに、ナビゲーション装置１２０から制御部１３０に位置情報を送るようにしてもよい。また、制御部１３０と外部装置とを例えばネットワークを介して通信可能に構成し、ナビゲーション装置１２０から制御部１３０に位置情報を送るとともに、外部装置から制御部１３０に高度情報を送るようにしてもよい。

・外気圧算出部１３１では、外気圧と高度との関係を示すマップに基づいて外気圧をマップ演算するようにしたが、外気圧の算出態様は適宜変更が可能である。例えば、高度情報から所定の数式に基づいて外気圧を演算により算出するようにしてもよい。

・外気圧算出部１３１は、他の装置に設けることも可能である。例えば、ナビゲーション装置１２０や、車両外部の装置に外気圧算出部１３１を設けることも可能である。こうした構成では、外気圧算出部１３１によって算出された外気圧の情報を、例えばネットワークを介して制御部１３０に送るようにすればよい。

・外気圧算出部１３１は、外気圧を検出する外気圧センサからの出力信号に基づいて外気圧を算出することも可能である。この場合には、高度情報記録部１２１や位置検出部１２２を省略することが可能である。

・水止め開始部１３５は、外気圧算出部１３１によって算出された外気圧が所定圧を超えているときに水止め制御を開始した。こうした構成に代えて、高度情報記録部１２１に記録された高度情報と、位置検出部１２２によって検出した現在位置との情報に基づいて算出した現在位置の高度が所定高度以下であることを開始条件として水止め制御を開始することも可能である。このように、外気圧を算出するのではなく、外気圧と相関するパラメータに基づくことによって外気圧が所定圧を超えていると判定するようにしてもよい。こうした構成によっても、上記（２）と同様の作用効果を得ることができる。

・水止め開始部１３５は、外気圧が所定圧を超えているときに水止め制御の開始条件が成立していると判定したが、水止め制御の開始条件は変更が可能である。例えば、外気圧が所定圧を超えていることを水止め制御の開始条件としなくてもよい。この場合には、図８のステップＳ８００の処理を省略するとともに、ステップＳ８０２の処理において、冷却水温判定部１３４によって冷却水の温度が所定温度以下であると判定されているときに水止め開始部１３５は開始条件が成立していると判定する。また、他の条件を水止め制御の開始条件に含めるようにしてもよい。

・上記実施形態では、相関値判定部１３７は、ウォータジャケット２０内の冷却水の温度と相関する相関値として水止め制御開始後の積算吸入空気量ΣＧａを算出したが、相関値はこれに限らない。例えば、第１水温センサ２１、または第２水温センサ２５によって検出された冷却水の温度そのものを相関値として採用することもできる。また、機関本体２００の温度を検出するセンサを設けて、該センサによって検出した温度を相関値としてもよい。

・水止め制御に係る一連の処理では、積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であることに基づいて水止め制御を終了していた。こうした処理に加えて、または代えて、第１水温センサ２１によって検出された冷却水の温度が第１判定温度以上であることに基づいて水止め制御を終了するようにしてもよい。すなわち、積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であること、及び冷却水の温度が第１判定温度以上であることの少なくとも一つが成立したときに水止め制御を終了するようにしてもよい。さらには、上記各構成に加えて、または代えて、第２水温センサ２５によって検出された冷却水の温度が第２判定温度以上であることに基づいて水止め制御を終了するようにしてもよい。すなわち、積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であること、及び冷却水の温度が第２判定温度以上であることの少なくとも一つが成立したときに水止め制御を終了するようにしてもよい。また、積算吸入空気量ΣＧａが判定値以上であること、冷却水の温度が第１判定温度以上であること、及び冷却水の温度が第２判定温度以上であることの少なくとも一つが成立したときに水止め制御を終了するようにしてもよい。なお、水止め制御の終了判定に用いられる上記各条件において、各々の判定値を外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に小さくなるように設定することで、上記（１）と同様の作用効果を得ることはできる。

・判定値算出部１３８では、外気圧と判定値との関係を示すマップに基づいて判定値をマップ演算するようにした。このマップでは、右肩上がりの直線状に判定値を設定するとで、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に判定値を小さくするようにしたが、判定値の設定態様はこれに限らない。

例えば、図１０に示すように、判定値を段階的に変化させるようなマップを採用することも可能である。こうしたマップを用いて水止め制御を実行した場合には、水止め制御が終了されるウォータジャケット２０内の冷却水の温度が外気圧に応じて段階的に変化することとなる。このマップでは、外気圧が所定圧（Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４）であるときを境にして判定値が変化するように設定されている。すなわち、所定圧Ｐｔ１を基準として、外気圧が低い場合には外気圧が高い場合に比べて判定値が小さい。また、同様に、他の所定圧Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４を基準とした場合であっても、外気圧が低い場合には外気圧が高い場合に比べて判定値が小さい。したがって、このように判定値を段階的に変化させるようなマップを用いた場合であっても、水止め制御が終了されるウォータジャケット２０内の冷却水の温度は、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に小さくなる。

・上記実施形態では、外気圧算出部１３１を設け、該外気圧算出部１３１によって算出した外気圧に応じて判定値を設定するようにしていたが、判定値の設定態様はこうしたものに限らない。例えば、高度情報記録部１２１から算出した現在位置の高度が高いときほど小さくなるように判定値を設定することも可能である。このように、外気圧を算出するのではなく、外気圧と相関するパラメータに基づくことによっても、外気圧が低いときほど小さくなるように判定値を算出することはできる。

・内燃機関の冷却システム１０における冷却液は、冷却水に限らない。例えば、冷却液として、水以外の他の液体を主成分とする冷却液を採用することも可能である。

１０…冷却システム、２０…ウォータジャケット、２０Ａ…ブロック側ウォータジャケット、２０Ｂ…ヘッド側ウォータジャケット、２１…第１水温センサ、２２…導入配管、２３…冷却水ポンプ、２４…導出配管、２５…第２水温センサ、２６…エアフローメータ、２７…イグニッションスイッチ、３０…調節弁、４０…ハウジング、４１…本体部、４２…第１取付部、４２Ａ…第１孔、４２Ｂ…第２孔、４３…第２取付部、４４…第３取付部、４５…開口、４６…仕切り壁、４７…流入空間、４８…収容空間、４９…支持孔、５０…摺接部、５１…第１コネクタ部、５１Ａ…第１膨出部、５１Ｂ…第１フランジ部、５１Ｃ…第１ポート部、５２…第２コネクタ部、５２Ａ…第２ポート部、５２Ｂ…第２フランジ部、５３…第３コネクタ部、５３Ａ…第３ポート部、５３Ｂ…第３フランジ部、５５…ストッパ、５６…ボルト、６０…ロータ、６１…弁体、６２…第１弁部、６２Ａ…第１貫通孔、６２Ｂ…突出壁、６２Ｃ…支持壁、６２Ｄ…係止孔、６３…第２弁部、６３Ａ…第２貫通孔、６５…ロータ軸、６６…ベアリング、６７…シール、７０…回動機構、７１…第１ギア、７２…第２ギア、７３…モータ、７４…位相センサ、７５…検出ギア、７６…センサ部、８０…カバー、９０…第１冷却水経路、９１…第１ラジエータ配管、９２…ラジエータ、９３…第２ラジエータ配管、１００…第２冷却水経路、１０１…第１デバイス配管、１０２…スロットルボディ、１０３…ＥＧＲバルブ、１０４…ＥＧＲクーラ、１０５…第２デバイス配管、１０５Ａ…上流分岐部、１０５Ｂ…合流部、１０５Ｃ…下流分岐部、１０６…オイルクーラ、１０７…ＡＴＦウォーマ、１０８…第３デバイス配管、１１０…第３冷却水経路、１１１…第１ヒータ配管、１１２…ヒータコア、１１３…第２ヒータ配管、１１５…リリーフ通路、１１６…リリーフ弁、１２０…ナビゲーション装置、１２１…高度情報記録部、１２２…位置検出部、１３０…制御部、１３１…外気圧算出部、１３２…外気圧判定部、１３３…冷却水温算出部、１３４…冷却水温判定部、１３５…水止め開始部、１３６…相関値算出部、１３７…相関値判定部、１３８…判定値算出部、１３９…水止め終了部、２００…機関本体、２０１…シリンダブロック、２０２…シリンダヘッド、Ｐ１…ラジエータポート、Ｐ２…デバイスポート、Ｐ３…ヒータポート。

Claims (2)

1. 内燃機関の機関本体に形成されていて該機関本体を冷却する冷却液の通路を構成しているウォータジャケットと、
   前記ウォータジャケットに冷却液を供給する冷却液ポンプと、
   前記ウォータジャケットから排出される冷却液の流量を調節する調節弁と
   を備える内燃機関の冷却システムに適用され、
   前記調節弁によって前記ウォータジャケットからの冷却液の排出を制限することにより前記機関本体の温度を上昇させる水止め制御を実行する制御装置であって、
   前記水止め制御が終了される前記ウォータジャケット内の冷却液の温度は、外気圧が高い場合に比べて外気圧が低い場合に低く、
   前記外気圧が所定圧を超えている場合には前記水止め制御を実行し、前記外気圧が前記所定圧以下の場合には前記水止め制御を実行しない
   内燃機関の冷却システムの制御装置。
2. 前記外気圧は、現在位置と高度情報とに基づいて算出される
   請求項１に記載の内燃機関の冷却システムの制御装置。

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