JP7068205B2 - エンジン冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械式のウォータポンプにより冷却水を循環させてエンジンを冷却するエンジン冷却装置に関する。

車載用のエンジンに適用されるエンジン冷却装置において、エンジンの回転を受けて動作する機械式のウォータポンプにより冷却水の循環を行うものがある。エンジン冷却装置における冷却水の循環経路には、冷却水を熱の搬送媒体として利用して加温や冷却を行う各種のデバイスが設置されている。

一方、ストップ・アンド・スタート制御（Ｓ＆Ｓ制御）を行う車両やハイブリッド車両では、車両の走行状況に応じてエンジンを自動停止、自動再始動している。こうした車両に、機械式のウォータポンプを備えたエンジン冷却装置を採用した場合、エンジンの自動停止中にはウォータポンプの動作も停止して、循環経路での冷却水の循環が止まってしまう。上記のようなデバイスの中には、エンジンの停止中に冷却水の供給が止まると問題が生じるものがある。例えば、暖房時に、車室に送風する空気を冷却水の熱で加温するヒータコアへの冷却水の供給が止まると、暖房を持続できなくなる。

これに対して従来、特許文献１に見られるように、機械式ウォータポンプに加えて、補助用の電動式ウォータポンプを備え、エンジンの自動停止中は、動作を停止した機械式ウォータポンプに代えて、電動式ウォータポンプによりヒータコアへの冷却水の供給を継続するエンジン冷却装置が知られている。

特開２０１１－１１６３６６号公報

上記のような補助用の電動式ウォータポンプは、エンジン停止中の限られた状況でのみ使用されるものとなっている。一方、補助用の電動式ウォータポンプの追加設置には、コストや搭載性などの課題がある。そのため、エンジン自動停止中のヒータコア等への冷却水の供給継続は、補助用の電動式ウォータポンプを追加せずに実現することが望ましい。

上記課題を解決するエンジン冷却装置は、走行状況に応じて自動停止及び自動再始動を行うエンジンに適用されて、冷却水を熱の搬送媒体として利用するデバイスと、エンジンの回転を受けて動作する機械式のウォータポンプと、デバイスを通過する冷却水の流量を調整する流量制御弁と、がエンジンの内部を通る冷却水の循環経路に設けられたものとなっている。また、上記エンジン冷却装置における流量制御弁は、冷却水が流入する流入ポート、及びデバイスに向けて冷却水を吐出する吐出ポートが設けられた筐体と、その筐体の内部に回転可能に軸支された状態で収容されるとともに、流入ポートに連通した液室が内部に形成された中空構造の弁体であって、筐体の内部における同弁体の回転位置が既定範囲内の位置にあるときに液室と吐出ポートとを連通する開口部が形成された弁体と、その弁体を回転駆動するアクチュエータと、弁体に設けられて、筐体の内部での同弁体の回転に応じて液室から吐出ポートに向かう冷却水の流れを形成する水流形成面と、を備えている。さらに上記エンジン冷却装置は、開口部が液室と吐出ポートとを連通する回転位置が間に含まれる弁体の２つの回転位置をそれぞれ第１位置、第２位置としたとき、第１位置から第２位置への弁体の回転駆動と第２位置から第１位置への弁体の回転駆動とを交互に繰り返すアクチュエータの駆動制御を、エンジンが自動停止してから自動再始動するまでの期間に行う制御部を備えている。

上記エンジン冷却装置では、エンジンが自動停止してから自動再始動するまでの期間には、機械式のウォータポンプが作動停止する。こうした期間に制御部が、第１位置と第２位置との間での弁体の回転駆動を繰り返すアクチュエータの駆動制御を行うと、弁体に設けられた水流形成面により液室から吐出ポートに向かう冷却水の流れが形成されて、流量制御弁からデバイスに冷却水が送り出される。そのため、エンジンの自動停止によりウォータポンプの作動が停止しているときにも、デバイスへの冷却水の供給を行うことが可能となる。また、そうしたウォータポンプの作動停止中のデバイスへの冷却水の供給が、弁体の回転に応じて液室から吐出ポートに向かう水流を形成する面を弁体に設けるだけで実現されている。したがって、機械式のウォータポンプを備えるエンジン冷却装置におけるエンジンの自動停止中のデバイスへの冷却水供給を低コストで実現できる。

なお、上記エンジン冷却装置において、弁体の内壁から同弁体の内側に向けて立設されたフィンを設け、そのフィンの表面を上記水流形成面とすれば、エンジンが自動停止しているときのデバイスへの冷却水供給を効率的に行えるようになる。さらに、弁体の回転方向において開口部を間に挟むように２枚のフィンを設ける構成とすれば、第１位置から第２位置への弁体の回転駆動時にも、第２位置から第１位置への弁体の回転駆動時にも、デバイスに冷却水を送り出せるようになる。また、弁体の開口部内に架設されたフィンを設け、そのフィンの表面を上記水流形成面とすることも可能である。

デバイスへの冷却水の供給停止は、短時間であれば然程問題とならないことが多い。そうした場合には、上記エンジン冷却装置における制御部を、エンジンが自動停止してからの経過時間が既定の時間を超えたときに、デバイスに冷却水を供給するための上記アクチュエータの駆動制御を開始するように構成するとよい。

なお、エンジンの自動停止中の冷却水の供給停止が問題となるデバイスの例としては、暖房時に車室に送風する空気を冷却水の熱で加温するヒータコアがある。

エンジン冷却装置の一実施形態の全体構造を示す模式図。 同エンジン冷却装置に設けられた流量制御弁の断面図。 同流量制御弁に設けられた弁体及び弁軸の斜視図。 同流量制御弁の弁体の回転角と各吐出ポートの開口率との関係を示すグラフ。 図２のＡ－Ａ線に沿った同流量制御弁の断面図。 図５のＢ－Ｂ線に沿った同流量制御弁の弁体の断面図。 同流量制御弁の弁体におけるフィン及びその周辺部分の拡大断面図。 上記エンジン冷却装置における制御部としての電子制御ユニットが実行するポンプ停止時給水制御ルーチンのフローチャート。 同エンジン冷却装置の流量制御弁のヒータポート周辺部分における弁体の回転に応じた冷却水の流れの様相を示す断面図。 フィンが湾曲板状に形成された弁体の変形例の断面図。 ２枚のフィンが設けられた弁体の変形例の断面図。 開口部内にフィンが架設された弁体の変形例の断面図。 開口部の側壁面の一部が水流形成面とされた弁体の変形例の断面図。

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。本実施形態のエンジン冷却装置は、車両の停車中にエンジンを自動停止し、車両の発進に応じてエンジンを自動再始動する、いわゆるストップ・アンド・スタート制御を行う車載用のエンジンに適用されるものとなっている。

図１に示すように、本実施形態のエンジン冷却装置が適用されるエンジン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、ウォータジャケット１３が形成されている。シリンダブロック１１にはウォータジャケット１３への冷却水の流入口１４が、シリンダヘッド１２にはウォータジャケット１３からの冷却水の流出口１５が、それぞれ設けられている。シリンダブロック１１における上記流入口１４が設けられた部分には、機械式のウォータポンプ１６が取り付けられている。ウォータポンプ１６は、巻き掛け伝動機構１７を介して、エンジン１０のクランク軸１８に駆動連結されている。そして、ウォータポンプ１６は、エンジン１０の回転を受けて動作して、ウォータジャケット１３に向けて冷却水を吐出する。

一方、シリンダヘッド１２における上記流出口１５が設けられた部分には、流量制御弁１９が取り付けられている。流量制御弁１９には、ウォータジャケット１３からの冷却水の流入口である流入ポート２０が設けられている。また、流量制御弁１９には、冷却水を吐出する吐出ポートとして、ラジエータポート２１、ヒータポート２２、及びＡＴポート２３の３つのポートが設けられている。ラジエータポート２１には、外気との熱交換により冷却水を冷却するラジエータ２４が設けられたラジエータ水路２５が、ヒータポート２２には、暖房中の車室に送風する空気を冷却水の熱で加温するヒータコア２６が設けられたヒータ水路２７が、それぞれ連結されている。さらに、ＡＴポート２３には、冷却水の熱でＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）を加温するＡＴＦウォーマ２８が設けられたＡＴ水路２９が連結されている。そして、流量制御弁１９は、ラジエータ水路２５、ヒータ水路２７、及びＡＴ水路２９のそれぞれの冷却水の流量を調整するための弁として構成されている。なお、ラジエータ水路２５、ヒータ水路２７、及びＡＴ水路２９は、ウォータポンプ１６への冷却水の流入口に設けられたインレット３０にて合流されている。

こうした本実施形態のエンジン冷却装置におけるラジエータ２４、ヒータコア２６及びＡＴＦウォーマ２８は、冷却水を熱の搬送媒体として利用するデバイスとなっている。また、本実施形態のエンジン冷却装置では、それらのデバイスと、エンジン１０の回転を受けて動作する機械式のウォータポンプ１６と、上記デバイスを通過する冷却水の流量を調整する流量制御弁１９と、がエンジン１０の内部を通る冷却水の循環経路に設けられた構成となっている。

なお、車両には、エンジン１０の制御を司る電子制御ユニット５０が搭載されている。電子制御ユニット５０は、エンジン制御に係る各種の演算処理を実行する演算処理回路と、エンジン制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備えている。電子制御ユニット５０には、車両の各部に設けられた各種センサから、エンジン回転数Ｎｅや吸入空気量Ｇａ、アクセルペダル開度Ａｃｃ、車速Ｖなどのエンジン１０の運転状況や車両の走行状況を示す各種の信号が入力されている。そして、電子制御ユニット５０は、それらの信号に基づきエンジン１０の制御を行っている。また、電子制御ユニット５０は、アクセルペダル開度Ａｃｃや車速Ｖなどに基づき、信号待ちなどの停車が続くときにはエンジン１０を自動停止し、発進時にエンジン１０を自動再始動する、ストップ・アンド・スタート制御を行っている。さらに、電子制御ユニット５０は、流量制御弁１９を制御して、ラジエータ水路２５、ヒータ水路２７、及びＡＴ水路２９のそれぞれに流す冷却水の流量を調整している。

図２に示すように、流量制御弁１９は、弁体３１を収容する収容室３２が内部に形成された筐体３３を備えている。筐体３３には、上述の流入ポート２０、ラジエータポート２１、ヒータポート２２、及びＡＴポート２３が、収容室３２に連通した状態でそれぞれ設けられている。また、筐体３３には、弁体３１を回転駆動するためのアクチュエータ３４が取り付けられている。そして、弁体３１は、筐体３３に回転可能に軸支された弁軸３５を介してアクチュエータ３４に連結されている。

図３に示すように、弁体３１は、ラジエータ部３１Ａと、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂとの２つの部分に分割形成されている。ラジエータ部３１Ａと、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂとは、間隔を空けて弁軸３５にそれぞれ一体回転可能に連結されている。図２に示すように、収容室３２内において弁体３１は、収容室３２への流入ポート２０の開口が、ラジエータ部３１Ａとヒータ／ＡＴ部３１Ｂとの間隙の部分に位置するように配設されている。さらに、収容室３２内において弁体３１は、収容室３２へのラジエータポート２１の開口部が設けられた部分にラジエータ部３１Ａが位置し、収容室３２へのヒータポート２２及びＡＴポート２３の開口部が位置する部分にヒータ／ＡＴ部３１Ｂが位置するように配設されている。

弁体３１のラジエータ部３１Ａは、内部に液室３６Ａが形成された中空構造をなしている。ラジエータ部３１Ａにおける図２の左側の端部には、液室３６Ａとラジエータ部３１Ａの外部とを連通する通孔３７Ａが形成されている。そして、ラジエータ部３１Ａの液室３６Ａは、この通孔３７Ａ及び収容室３２を介して、流入ポート２０に常時連通されている。さらに、ラジエータ部３１Ａには、弁体３１の回転方向に延びる長円形状をなして、液室３６Ａとラジエータ部３１Ａの外部とを連通する開口部３８Ａが形成されている。なお、ラジエータポート２１における収容室３２への開口部分には、スプリング４３Ａによりラジエータ部３１Ａの外表面に常時押し当てられた状態でシール部材４２Ａが設けられている。そして、このシール部材４２Ａにより、ラジエータポート２１には、ラジエータ部３１Ａの開口部３８Ａを通じてのみ、冷却水の流入が許容されるようになっている。なお、開口部３８Ａの内部空間は、流入ポート２０に常時連通しており、ラジエータ部３１Ａの液室３６Ａの一部を構成する空間となっている。

一方、弁体３１のヒータ／ＡＴ部３１Ｂも、ラジエータ部３１Ａと同様に、内部に液室３６Ｂが形成された中空構造をなしている。ヒータ／ＡＴ部３１Ｂにおける図２の右側の端部には、液室３６Ｂとヒータ／ＡＴ部３１Ｂの外部とを連通する通孔３７Ｂが形成されている。そして、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの液室３６Ｂは、この通孔３７Ｂ及び収容室３２を介して流入ポート２０に常時連通されている。また、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂにあって、収容室３２におけるヒータポート２２の開口に隣接する部分に、弁体３１の回転方向に延びる長円形状をなして、液室３６Ｂとヒータ／ＡＴ部３１Ｂの外部とを連通する開口部３８Ｂが形成されている。さらに、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂにあって、収容室３２におけるＡＴポート２３の開口に隣接する部分には、弁体３１の回転方向に延びる長円形状をなして、液室３６Ｂとヒータ／ＡＴ部３１Ｂの外部とを連通する開口部３８Ｃが形成されている。なお、ヒータポート２２における収容室３２への開口部分には、スプリング４３Ｂによりヒータ／ＡＴ部３１Ｂの外表面に常時押し付けられた状態でシール部材４２Ｂが設置されている。そして、そのシール部材４２Ｂにより、ヒータポート２２には、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの開口部３８Ｂを通じてのみ、冷却水の流入が許容されるようになっている。また、ＡＴポート２３における収容室３２への開口部分にも、スプリング４３Ｃによりヒータ／ＡＴ部３１Ｂの外表面に常時押し付けられた状態でシール部材４２Ｃが設置されている。そして、そのシール部材４２Ｃにより、ＡＴポート２３には、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの開口部３８Ｃを通じてのみ、冷却水の流入が許容されるようになっている。なお、開口部３８Ｂ及び開口部３８Ｃの内部空間は、流入ポート２０に常時連通されており、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの液室３６Ｂの一部を構成する空間となっている。

こうした流量制御弁１９では、流入ポート２０より収容室３２内に流入した冷却水は、通孔３７Ａを通じてラジエータ部３１Ａの液室３６Ａに流入する。ラジエータ部３１Ａの開口部３８Ａが収容室３２におけるラジエータポート２１の開口と重なり合う位置にあれば、その重なり合った部分を通じて液室３６Ａからラジエータポート２１へと冷却水が流れる。また、筐体３３の内部（収容室３２の内部）において弁体３１は、アクチュエータ３４により回転駆動されるようになっている。そして、筐体３３の内部での弁体３１の回転位置により、ラジエータ部３１Ａの開口部３８Ａとラジエータポート２１の開口とが重なり合った部分の面積、すなわちラジエータポート２１の開口面積が変化する。

一方、流入ポート２０より収容室３２内に流入した冷却水は、通孔３７Ｂを通じてヒータ／ＡＴ部３１Ｂの液室３６Ｂにも流入する。ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの開口部３８Ｂが収容室３２におけるヒータポート２２の開口と重なり合う位置にあれば、その重なり合った部分を通じて液室３６Ｂからヒータポート２２へと冷却水が流れる。また、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂのもう一つの開口部３８Ｃが収容室３２におけるＡＴポート２３の開口と重なり合う位置にあれば、その重なり合った部分を通じて液室３６ＢからＡＴポート２３へと冷却水が流れる。そして、開口部３８Ｂとヒータポート２２の開口とが重なり合った部分の面積、すなわちヒータポート２２の開口面積は、筐体３３の内部における弁体３１の回転位置により変化する。また、開口部３８ＣとＡＴポート２３の開口とが重なり合った部分の面積、すなわちＡＴポート２３の開口面積も、筐体３３の内部における弁体３１の回転位置により変化する。こうして流量制御弁１９は、筐体３３の内部で弁体３１を回転駆動して各吐出ポートの開口面積を変化させることで、ラジエータ水路２５、ヒータ水路２７、及びＡＴ水路２９のそれぞれの冷却水の流量を調整する。

なお、本実施形態のエンジン冷却装置では、流量制御弁１９のアクチュエータ３４として、通電方向を逆とすることで回転方向が反転するブラシ付き直流モータを採用している。以下の説明では、モータの通電方向を所定方向としたときの弁体の回転方向をプラス方向とし、通電方向を上記所定方向とは逆方向としたときの弁体の回転方向をマイナス方向とする。

図４には、筐体３３の内部での弁体３１の回転角φと、各吐出ポートの開口率との関係を示されている。なお、開口率とは、各吐出ポートの開口部面積の最大値に対する同開口部面積の比率を百分率で表したものとなっている。なお、各吐出ポートの開口面積の最大値は同じではなく、例えばラジエータポート２１の開口部面積の最大値は、ヒータポート２２及びＡＴポート２３の開口部面積の最大値よりも大きくされている。また、ここでは、ラジエータポート２１、ヒータポート２２、及びＡＴポート２３の開口部面積が共に０となる、すなわち開口率が共に０％となる弁体３１の回転位置を回転角φが０°の位置とし、その回転角φが０°の位置からのプラス方向、またはマイナス方向への弁体３１の回転角φにより、同弁体３１の回転位置を表すものとする。なお、本実施形態では、回転角φが０°の位置よりもプラス方向の弁体３１の回転位置の範囲は、車室内の暖房時に使用される回転角φの範囲（冬モード使用域）とされている。また、回転角φが０°の位置よりもマイナス方向の弁体３１の回転位置の範囲は、車室内の非暖房時に使用される回転角φの範囲（夏モード使用域）とされている。

回転角φが０°の位置から弁体３１をプラス方向に回転させると、まずヒータポート２２が開き始め、プラス方向への回転角φの増加に応じてヒータポート２２の開口率が次第に大きくなる。ヒータポート２２が全開に、すなわちその開口率が１００％に達すると、次にＡＴポート２３が開き始め、プラス方向への回転角φの増加に応じてＡＴポート２３の開口率が次第に大きくなる。そして、ＡＴポート２３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２１が開き始め、プラス方向への回転角φの増加に応じてラジエータポート２１の開口率が次第に大きくなり、やがては１００％に達するようになる。

一方、回転角φが０°の位置から弁体３１をマイナス方向に回転させると、まずＡＴポート２３が開き始め、マイナス方向への回転角φの増加に応じてＡＴポート２３の開口率が次第に大きくなる。そして、ＡＴポート２３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２１が開き始め、マイナス方向への回転角φの増加に応じてラジエータポート２１の開口率が次第に大きくなり、やがては１００％に達するようになる。ちなみに、回転角φが０°の位置よりもマイナス方向の夏モード使用域では、ヒータポート２２は常に全閉と、すなわち開口率が０％となっている。

本実施形態のエンジン冷却装置において電子制御ユニット５０は、エンジン１０の運転状況や暖房の使用状況などに基づき、ラジエータ水路２５、ヒータ水路２７、及びＡＴポート２３のそれぞれの冷却水の流量が上記状況に応じた適切な値となる弁体３１の回転角φを目標回転角φｔの値として設定する。そして、電子制御ユニット５０は、弁体３１の回転角φが目標回転角φｔに近づくように、アクチュエータ３４の駆動制御を行っている。すなわち、目標回転角φｔの値が現在の弁体３１の回転角φよりもプラス方向の値である場合には、弁体３１がマイナス方向に回転する方向を通電方向としてのアクチュエータ３４の通電を行う。また、目標回転角φｔの値が現在の弁体３１の回転角φよりもマイナス方向の値である場合には、弁体３１がプラス方向に回転する方向を通電方向としてのアクチュエータ３４の通電を行う。そして、目標回転角φｔが現在の弁体３１の回転角φと一致する値である場合には、アクチュエータ３４への通電を停止する。

なお、本実施形態のエンジン冷却装置では、流量制御弁１９の弁体３１に後述する水流形成面を設けている。そして、電子制御ユニット５０が、水流形成面が設けられた弁体３１を備える流量制御弁１９に対して後述するポンプ停止時給水制御を行うことで、エンジン１０の自動停止中にヒータコア２６への冷却水の供給を行うものとなっている。なお、ここでの自動停止中とは、エンジン１０が自動停止されてから自動再始動されるまでの期間を示している。

（水流形成面について）
図５及び図６に示すように、流量制御弁１９の弁体３１におけるヒータ／ＡＴ部３１Ｂには、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの内壁から同ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの内側に向けて立設されたフィン４０が一体に形成されている。ここで、回転角φが０°の位置から弁体３１をプラス方向に回転したときに、開口部３８Ｂの外縁にあって収容室３２におけるヒータポート２２の開口と最初に重なる部分を同開口部３８Ｂのプラス端Ｐとする。また、フィン４０において、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの内壁から同ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの内側に向かう側を同フィン４０の先端側とし、その逆側を同フィン４０の基端側とする。さらに、フィン４０の表面のうち、同フィン４０から見て開口部３８Ｂが位置する側に位置する表面を同フィン４０の水流形成面４１とする。このとき、フィン４０は、その水流形成面４１の基端部が、ヒータ／ＡＴ部３１Ｂの内壁における開口部３８Ｂのプラス端Ｐに接するように形成されている。なお、図７に二点鎖線で示す面Ｓは、弁体３１（弁軸３５）の回転軸Ｏを通り、かつ開口部３８Ｂのプラス端Ｐを通る平面となっている。この面Ｓに対してフィン４０は、水流形成面４１における同フィン４０の先端側の位置よりも、同水流形成面４１における同フィン４０の基端側の位置の方が、フィン４０から見て開口部３８Ｂが位置する側への面Ｓからの距離が大きくなる側に傾斜した平板として形成されている。

（ポンプ停止時給水制御について）
図８に、ポンプ停止時給水制御に係る電子制御ユニット５０の処理ルーチンであるポンプ停止時給水制御ルーチンのフローチャートを示す。電子制御ユニット５０は、その起動中に、同ルーチンの処理を既定の制御周期毎に繰り返し実行している。なお、本実施形態のエンジン冷却装置では、こうしたポンプ停止時給水制御を行う電子制御ユニット５０が制御部に対応する構成となっている。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、暖房の使用中であるか否かが判定される。そして、暖房の使用中である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１１０に処理が進められ、暖房の使用中でない場合（ＮＯ）にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

ステップＳ１１０に処理が進められると、そのステップＳ１１０において、エンジン１０が自動停止中であるか否かが判定される。そして、エンジン１０が自動停止中である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２０に処理が進められ、自動停止中でない場合（ＮＯ）、すなわちエンジン１０が稼働中である場合にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

ステップＳ１２０に処理が進められると、そのステップＳ１２０において、エンジン１０が自動停止したときからの経過時間（以下、停止後時間と記載する）が既定の判定値Ｔ１以上であるか否かが判定される。なお、判定値Ｔ１には、ヒータコア２６への冷却水供給の停止後、車室内に送風される空気の温度低下量を暖房性能上の許容範囲内の量に維持可能な時間がその値として設定されている。そして、停止後時間が判定値Ｔ１以上の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１３０に処理が進められる。また、停止後時間が判定値Ｔ１未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ２００に処理が進められ、そのステップＳ２００において正転フラグＦがクリアされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、正転フラグＦは、本ルーチンで弁体３１の回転駆動が行われる場合の同弁体３１の回転方向を決定するために用いられるフラグである。

これに対して、停止後時間が判定値Ｔ１以上であってステップＳ１３０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１３０において、正転フラグＦがセットされているか否かが判定される。そして、正転フラグＦがセットされている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１４０に、セットされていない場合（ＮＯ）、すなわち正転フラグＦがクリアされている場合にはステップＳ１７０に、それぞれ処理が進められる。

正転フラグＦがセットされており、ステップＳ１４０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１４０において、現在の弁体３１の回転角φが既定の第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角であるか否かが判定される。上述のように暖房使用中の流量制御弁１９における弁体３１の回転角φは、同回転角φが０°の位置よりもプラス方向の回転角の範囲である冬モード使用域内で制御されている。図４に示すように、第２回転角φ２には、回転角φが０°の回転位置から弁体３１をプラス方向に回転していったときにヒータポート２２の開口率が１００％に到達するときの回転角φ３よりもプラス方向の回転角が値として設定されている。なお、図５には、回転角φが第２回転角φ２となる位置にあるときの弁体３１の状態が実線で示されている。

ここで、現在の弁体３１の回転角φが第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角である場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）には、ステップＳ１５０に処理が進められる。そして、そのステップＳ１５０において、第２回転角φ２が目標回転角φｔの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。このときの弁体３１の回転角φは第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角となっている。そのため、このときの弁体３１は、第２回転角φ２が目標回転角φｔの値として設定されると、プラス方向に回転駆動されるようになる。

一方、現在の弁体３１の回転角φが第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角でない場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、すなわち現在の弁体３１の回転角φが第２回転角φ２と同じであるか、第２回転角φ２よりもプラス方向の回転角である場合には、ステップＳ１６０に処理が進められる。そして、そのステップＳ１６０において正転フラグＦがクリアされ、ステップＳ１８０において既定の第１回転角φ１が目標回転角φｔの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。図４に示すように、第１回転角φ１は、回転角φが０°の位置から弁体３１をプラス方向に回転していったときにヒータポート２２が開き始める回転角φ４よりもプラス方向、かつ上記のようなヒータポート２２の開口率が１００％に到達する回転角φ４よりもマイナス方向の回転角がその値として設定されている。すなわち、第１回転角φ１は、第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角とされている。なお、図５には、回転角φが第１回転角φ１となる位置にあるときの弁体３１の状態が二点鎖線で示されている。このときの弁体３１の回転角φは、第２回転角φ２と同じか、第２回転角φ２よりもプラス方向の回転角となっている。そのため、このときの弁体３１は、第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角である第１回転角φ１が目標回転角φｔの値として設定されると、マイナス方向に回転駆動されるようになる。

これに対して、正転フラグＦがクリアされており、ステップＳ１３０での判定後にステップＳ１７０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１７０において現在の弁体３１の回転角φが第１回転角φ１よりもプラス方向の回転角であるか否かが判定される。現在の弁体３１の回転角φが第１回転角φ１よりもプラス方向の回転角である場合（Ｓ１７０：ＹＥＳ）にはステップＳ１８０に処理が進められ、そのステップＳ１８０において第１回転角φ１が目標回転角φｔの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。このときの弁体３１の回転角φは第１回転角φ１よりもプラス方向の回転角である。そのため、このときの弁体３１は、第１回転角φ１が目標回転角φｔの値として設定されると、マイナス方向に回転駆動されるようになる。一方、現在の弁体３１の回転角φが第１回転角φ１よりもプラス方向の回転角でない場合（Ｓ１７０：ＮＯ）、すなわち現在の回転角φが第１回転角φ１と同じであるか、第１回転角φ１よりもマイナス方向の回転角である場合には、ステップＳ１９０に処理が進められる。そして、そのステップＳ１９０において正転フラグＦがセットされ、ステップＳ１５０において第２回転角φ２が目標回転角φｔの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。このときの弁体３１の回転角φは、第１回転角φ１と同じであるか、第１回転角φ１よりもマイナス方向の回転角となっている。そのため、このときの弁体３１は、第２回転角φ２が目標回転角φｔの値として設定されると、プラス方向に回転駆動されるようになる。

（本実施形態の作用効果）
以上のように構成された本実施形態のエンジン冷却装置の作用及び効果について説明する。

上述のように本実施形態のエンジン冷却装置では、エンジン１０の内部（ウォータジャケット１３）を通って冷却水を循環するためのウォータポンプとして、エンジン１０の回転を受けて動作する機械式のウォータポンプ１６を採用している。一方、本実施形態のエンジン冷却装置が適用される車両では、エンジン１０のストップ・アンド・スタート制御を行っている。こうしたストップ・アンド・スタート制御によるエンジン１０の自動停止中、すなわち自動停止されてから自動再始動されるまでの期間には、機械式のウォータポンプ１６の動作も停止する。このときの車両において暖房が使用されている場合、ウォータポンプ１６の動作の停止に応じてヒータコア２６への冷却水の供給が止まってしまうと、暖房を持続できなくなる。

これに対して、本実施形態のエンジン冷却装置における電子制御ユニット５０は、ポンプ停止時給水制御により、暖房使用中にエンジン１０が自動停止された場合、自動停止後の経過時間が判定値Ｔ１に達すると、下記のようなアクチュエータ３４の駆動制御を開始する。すなわち、正転フラグＦがセットされており、かつ現在の弁体３１の回転角φが第２回転角φ２よりもマイナス方向の回転角である場合には、第２回転角φ２が目標回転角φｔの値として設定されて、プラス方向への弁体３１の回転駆動が行われる。そして、これにより、弁体３１の回転角φが第２回転角φ２に到達すると、正転フラグＦがクリアされるとともに、目標回転角φｔの値が第２回転角φ２から第１回転角φ１に変更される。一方、正転フラグＦがクリアされており、かつ現在の弁体３１の回転角φが第１回転角φ１よりもプラス方向の回転角である場合には、第１回転角φ１が目標回転角φｔの値として設定されて、マイナス方向への弁体３１の回転駆動が行われる。そして、これにより、弁体３１の回転角φが第１回転角φ１に到達すると、正転フラグがセットされるとともに、目標回転角φｔの値が第１回転角φ１から第２回転角φ２に変更される。なお、以下の説明では、回転角φが第１回転角φ１となる弁体３１の回転位置を同弁体３１の第１位置と記載する。また、回転角φが第２回転角φ２となる弁体３１の回転位置を同弁体３１の第２位置と記載する。

よって、本実施形態のエンジン冷却装置では、停止後時間が判定値Ｔ１となってからエンジン１０の自動再始動が行われるまでの期間、第１位置から第２位置への弁体３１のプラス方向の回転駆動と、第２位置から第１位置への弁体３１のマイナス方向の回転駆動とが、交互に繰り返される。なお、以下の説明では、このときの第１位置から第２位置へのプラス方向の回転と、第２位置から第１位置へのマイナス方向の回転と、を交互に繰り返す弁体３１の回転駆動を、同弁体３１の給水駆動と記載する。

図９に示すように、第１位置と第２位置との間で弁体３１がマイナス方向に回転駆動されると、弁体３１のヒータ／ＡＴ部３１Ｂの液室３６Ｂ内の冷却水がフィン４０の水流形成面４１に押されて、開口部３８Ｂに向かうようになる。このときの開口部３８Ｂはヒータポート２２に連通した状態となっているため、開口部３８Ｂに向かった冷却水は、ヒータポート２２からヒータ水路２７へと流出するようになる。よって、ポンプ停止時給水制御において、第２位置から第１位置への弁体３１のマイナス方向の回転駆動が行われているときには、流量制御弁１９のヒータポート２２からヒータ水路２７へと冷却水が流出するようになる。なお、弁体３１が第１位置まで回転すると、第２位置への弁体３１のプラス方向の回転駆動が行われた後、上記のようなヒータポート２２に向かう冷却水の流れを形成する第２位置から第１位置への弁体３１のマイナス方向の回転駆動が再び行われる。そのため、本実施形態のエンジン冷却装置では、エンジン１０の自動停止により、機械式のウォータポンプ１６の動作が停止しているときにも、上記のような弁体３１の給水駆動により、ヒータコア２６に冷却水を供給できるようになる。なお、こうした本実施形態のエンジン冷却装置における自動停止中のヒータコア２６への冷却水の供給は、水流形成面４１を構成するフィン４０を追加する弁体３１の形状変更と、上記のような弁体３１の給水駆動を行うアクチュエータ３４の駆動制御と、で実現されている。そのため、上述した従来のエンジン冷却装置のように補助用の電動式のウォーポンプを追加設置する場合に比べて、エンジン１０の自動停止中のヒータコア２６への冷却水の供給を低コストで実現できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
（水流形成面について）
・上記実施形態では、弁体３１に平板状のフィン４０を設け、そのフィン４０の表面を、液室３６Ｂからヒータポート２２に向かう冷却水の流れを形成する水流形成面４１とするようにしていた。こうした場合の水流形成面は平面となるが、同水流形成面を湾曲した面とするようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、水流形成面４１Ａが湾曲した面となった曲板状のフィン４０Ａを弁体３１に設けるようにしてもよい。こうした場合にも、例えば同図に二点鎖線で示された状態となる弁体３１の回転位置を第１位置とし、同図に実線で示された状態となる弁体３１の回転位置を第２位置として、同弁体３１の給水駆動を行えば、エンジン１０の自動停止中のヒータコア２６に冷却水を供給できるようになる。

・水流形成面となる表面を有したフィンを弁体３１に複数設けるようにしてもよい。例えば、図１１には、弁体３１の回転方向において開口部３８Ｂを間に挟むように２枚のフィン４０Ｂ，４０Ｃを設けた弁体３１の構成例が示されている。このときのフィン４０Ｂ，４０Ｃでは、それぞれのフィン４０Ｂ，４０Ｃから見て開口部３８Ｂが位置する側の表面がそれぞれの水流形成面４１Ｂ，４１Ｃとなる。こうした場合にも、例えば同図に二点鎖線で示された状態となる弁体３１の回転位置を第１位置とし、同図に実線で示された状態となる弁体３１の回転位置を第２位置として、ポンプ停止時給水制御での弁体３１の給水駆動を行うことで、エンジン１０の自動停止中にヒータコア２６に冷却水を供給することができる。ちなみに、上記のような２枚のフィン４０Ｂ，４０Ｃを設けた場合、第１位置から第２位置への弁体３１の回転駆動、及び第２位置から第１位置への回転駆動のいずれにおいても、液室３６Ｂからヒータポート２２に向かう冷却水の流れが形成されるようになる。

・弁体３１の開口部３８Ｂ内に架設された態様で、水流形成面となる表面を有したフィンを設けるようにしてもよい。例えば図１２には、開口部３８Ｂ内に５つのフィン４０Ｄを架設した弁体３１の構成例が示されている。この場合にも、例えば弁体３１が同図に二点鎖線で示された状態となる回転位置を第１位置とし、同図に実線で示された状態となる回転位置を第２位置として、ポンプ停止時給水制御での弁体３１の給水駆動を行うことで、エンジン１０の自動停止中にヒータコア２６に冷却水を供給することができる。

・開口部３８Ｂが形成された部分における弁体３１（ヒータ／ＡＴ部３１Ｂ）の肉厚が十分に厚い場合などには、開口部３８Ｂの側壁面の一部を水流形成面とすることも可能である。例えば図１３に示す弁体３１の構成例では、弁体３１の回転方向における開口部３８Ｂの両端部のうちの一方（図中左側の端部）の側壁面を凹曲面とすることで、同側壁面を水流形成面４１Ｅとしている。こうした場合にも、マイナス方向への回転に応じて液室３６Ｂからヒータポート２２に向かう冷却水の流れが形成される。そのため、例えば弁体３１が同図に二点鎖線で示された状態となる回転位置を第１位置とし、同図に実線で示された状態となる回転位置を第２位置として、ポンプ停止時給水制御での弁体３１の給水駆動を行うことで、エンジン１０の自動停止中にヒータコア２６に冷却水を供給できるようになる。

・上述した以外の態様で水流形成面を設けるようにしてもよい。いずれにせよ、弁体３１に回転に応じて液室３６Ｂからヒータポート２２に向かう冷却水の流れを形成する面であれば、弁体３１内での位置や形状、大きさに拘らず、その面を水流形成面として利用することが可能である。

（弁体３１の給水駆動の開始／終了の時期について）
・上記実施形態では、ポンプ停止時給水制御での弁体３１の給水駆動を開始する時期を判定するための判定値Ｔ１を、固定値としていた。こうした判定値Ｔ１の値を、暖房の設定温度や車両の室温、外気温、ヒータコア２６内の冷却水の温度、車室に送風する空気の温度などに応じて可変設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、エンジン１０の自動停止中に上記弁体３１の給水駆動を開始する時期を、自動停止後の経過時間により判定していたが、ヒータコア２６内の冷却水の温度や車室に送風する空気の温度など、それ以外のパラメータに基づいて同判定を行うようにしてもよい。また、エンジン１０の自動停止と同時に給水駆動を開始するようにしてもよい。

・上記実施形態では、弁体３１の給水駆動をエンジン１０の自動再始動まで続けるようにしていたが、同給水駆動の継続時間やヒータコア２６内の冷却水の温度、車室に送風する空気の温度などのパラメータに基づいて同給水駆動の終了時期を定めるようにしてもよい。すなわち、給水駆動の開始後、上記パラメータに基づいて、ヒータコア２６への冷却水の供給を停止しても十分に暖房を継続可能な温度まで同ヒータコア２６内の冷却水の温度が上昇しているか否かを判定し、同冷却水の温度が上昇したと判定されたときに弁体３１の給水駆動を終了するようにしてもよい。さらに、給水駆動の終了後、エンジン１０の自動再始動が行われる前に、ヒータコア２６内の冷却水の温度が低下した場合には、給水駆動を再開するようにしてもよい。

（その他）
・ポンプ停止時給水制御での弁体３１の給水駆動における同弁体３１の回転駆動の範囲の設定、すなわち第１位置及び第２位置の設定は、水流形成面の位置等に応じて、給水駆動によるヒータコア２６への冷却水の供給を効果的に行えるように適宜に設定するとよい。なお、弁体３１の給水動作では、水流形成面により液室３６Ｂからヒータポート２２に向かう冷却水の流れが形成され、かつ開口部３８Ｂが液室３６Ｂとヒータポート２２とを連通する回転位置に弁体３１が位置した状態となるときに、ヒータポート２２に冷却水が流出する。すなわち、給水動作における弁体３１の回転駆動の範囲に、上記のような状態となる回転位置が含まれていれば、ヒータコア２６に冷却水を供給できる。よって、第１位置及び第２位置の一方、又は双方が、ヒータポート２２が閉じた状態となる回転位置であっても、それらの間に上記状態となる回転位置が含まれていれば、ヒータコア２６に冷却水を供給できるようになる。

・上記実施形態では、エンジン１０の自動停止中のヒータコア２６に冷却水を供給するためにポンプ停止時給水制御を行っていたが、冷却水を熱の搬送媒体として利用する、ヒータコア２６以外のデバイスを冷却水供給の対象として、ポンプ停止時給水制御を行うようにしてもよい。そうした場合、冷却水供給の対象となるデバイスが接続された吐出ポートに向かう冷却水の流れを形成する面として水流形成面を構成することになる。なお、上記のようなデバイスとしては、ラジエータ、ＡＴＦウォーマ、ＡＴＦクーラ、ＥＧＲクーラ、スロットル、サーモスタット、バッテリクーラなどがある。

・上記実施形態では、３つの吐出ポートを有した流量制御弁１９を採用していたが、冷却水の循環回路の構成により、吐出ポートの数は適宜に変えるようにしてもよい。その場合には、弁体３１の形状も、吐出ポートの数に応じて変化することになる。

・上記実施形態のエンジン冷却装置は、ストップ・アンド・スタート制御を行うエンジン１０に適用されていた。一方、ハイブリッド車両に搭載されたエンジンも自動停止、自動再始動が行われており、そうしたハイブリッド車両に搭載されたエンジンに上記エンジン冷却装置を適用してもよい。

１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１３…ウォータジャケット（１４…流入口、１５…流出口）、１６…ウォータポンプ、１７…巻き掛け伝動機構、１８…クランク軸、１９…流量制御弁、２０…流入ポート、２１…ラジエータポート、２２…ヒータポート（吐出ポート）、２３…ＡＴポート、２４…ラジエータ、２５…ラジエータ水路、２６…ヒータコア（デバイス）、２７…ヒータ水路、２８…ＡＴＦウォーマ、２９…ＡＴ水路、３０…インレット、３１…弁体（３１Ａ…ラジエータ部、３１Ｂ…ヒータ／ＡＴ部）、３２…収容室、３３…筐体、３４…アクチュエータ、３５…弁軸、３６Ａ，３６Ｂ…液室、３７Ａ，３７Ｂ…通孔、３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ…開口部、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ…フィン、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｅ…水流形成面、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ…シール部材、４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…スプリング、５０…電子制御ユニット（制御部）。

Claims (6)

1. 走行状況に応じて自動停止及び自動再始動を行うエンジンに適用されて、冷却水を熱の搬送媒体として利用するデバイスと、前記エンジンの回転を受けて動作する機械式のウォータポンプと、前記デバイスを通過する冷却水の流量を調整する流量制御弁と、が前記エンジンの内部を通る冷却水の循環経路に設けられたエンジン冷却装置において、
   前記流量制御弁は、
   冷却水が流入する流入ポート、及び前記デバイスに向けて冷却水を吐出する吐出ポートが設けられた筐体と、
   前記筐体の内部に回転可能に軸支された状態で収容されるとともに前記流入ポートに連通した液室が内部に形成された中空構造の弁体であって、前記筐体の内部における同弁体の回転位置が既定範囲内の位置にあるときに前記液室と前記吐出ポートとを連通する開口部が形成された弁体と、
   前記弁体を回転駆動するアクチュエータと、
   前記弁体に設けられて、前記筐体の内部での同弁体の回転に応じて前記液室から前記吐出ポートに向かう冷却水の流れを形成する水流形成面と、
   を備えており、
   かつ、前記開口部が前記液室と前記吐出ポートとを連通する回転位置が間に含まれる前記弁体の２つの回転位置をそれぞれ第１位置、第２位置としたとき、前記第１位置から前記第２位置への前記弁体の回転駆動と前記第２位置から前記第１位置への前記弁体の回転駆動とを交互に繰り返す前記アクチュエータの駆動制御を、前記エンジンが自動停止してから自動再始動するまでの期間に行う制御部を備えている
   エンジン冷却装置。
2. 前記弁体の内壁から同弁体の内側に向けて立設されたフィンを備えており、かつ同フィンの表面が前記水流形成面とされている請求項１に記載のエンジン冷却装置。
3. 前記弁体の回転方向において前記開口部を間に挟むように２枚の前記フィンが設けられている請求項２に記載のエンジン冷却装置。
4. 前記開口部内に架設されたフィンを備えており、かつ同フィンの表面が前記水流形成面とされている請求項１に記載のエンジン冷却装置。
5. 前記制御部は、前記エンジンが自動停止してからの経過時間が既定の時間を超えたときに前記アクチュエータの駆動制御を開始する請求項１～請求項４の何れか１項に記載のエンジン冷却装置。
6. 前記デバイスは、暖房時に車室に送風する空気を冷却水の熱で加温するヒータコアである請求項１～請求項５の何れか１項に記載のエンジン冷却装置。

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