JP7444740B2 - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却装置に関する。

例えば特許文献１に記載された冷却装置は、エンジンのウォータージャケットとラジエータ、ヒータ、スロットルバルブ及びオイルクーラ等の各装置とがそれぞれ冷却水路を介して接続され、ウォーターポンプにより各冷却水路に冷却水を循環させている。ウォータージャケットの出口側には流路切換弁が介装され、この流路切換弁により各装置の冷却水路の開度が変化する。詳しくは、流路切換弁には冷却水の流通状態を制御するモータ駆動のロータが内蔵され、このロータの回転角度と各冷却水路の開度との関係が予め設定されている。このため、例えばロータが開側に回転駆動されると、その回転角度に応じて各冷却水路が順次開閉されて開度が連続的に変化し、それに応じて各装置に流通する冷却水量が調整される。

流路切換弁のロータの回転角度は目標水温tgtＴと水温Ｔとの水温偏差ΔＴに基づきフィードバック制御され、これによりラジエータの冷却水路の開度が調整されて水温Ｔが目標水温tgtＴに保たれる。以下、ラジエータの冷却水路の開度をラジエータ開度Ａと称すると共に、ラジエータ開度Ａが0%から開き始めるときのロータの回転角度を初期開弁角度と定義し、その制御状況を述べる。

まず目標水温tgtＴ＞水温Ｔの場合、ロータはラジエータ開度Ａ=0%に相当する回転角度に制御され、ラジエータへの冷却水の流通が中止されている。冷却水はラジエータへの流通が中止され、エンジンからの受熱により次第に昇温する。目標水温tgtＴ=水温Ｔになるとロータは初期開弁角度に達し、この時点でラジエータ開度Ａが0%から増加し始め、ラジエータに冷却水が流通して冷却される。目標水温tgtＴ＜水温Ｔの状態を経て水温Ｔは低下に転じ、その後は目標水温tgtＴの近傍に保たれる。一方、ロータの回転角度は、このときの水温Ｔを保持可能なラジエータ開度Ａに相当する位置でほぼ平衡する。

特開２０１９－１５１７７号公報

上記した説明は、目標水温tgtＴと水温Ｔとの水温偏差ΔＴに基づくフィードバック制御だけであったが、実際の冷却装置の制御には、例えばPID制御が適用される。周知のようにPID制御では、水温偏差ΔＴbaseに基づき比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄを算出し、それらの加算値を最終的な水温偏差ΔＴとすると共に、予め設定した制御マップに基づき水温偏差ΔＴから流路切換弁の制御量を算出している。比例項Ｐは、上記のように実際値を目標値に収束させる作用を奏し、積分項Ｉは、目標値に対する実際値の定常偏差を抑制する作用を奏し、微分項Ｄは、実際値のオーバーシュートや振動現象を抑制する作用を奏する。

冷却装置において目標水温tgtＴに対して水温Ｔに定常偏差が発生する要因としては、例えば流路切換弁の製作誤差等によりロータの初期開弁角度にバラツキが生じた場合が挙げられる。初期開弁角度のバラツキにより、ラジエータ開度Ａが0%から増加し始めるタイミングにもバラツキが生じ、これにより定常偏差が発生する。このような定常偏差に応じて積分項Ｉが増加設定されるため、ロータの初期開弁角度のバラツキに関わらずラジエータ開度Ａが同様に制御され、結果として定常偏差が抑制される。

しかしながら、目標水温tgtＴに追従して水温Ｔを変化させる過渡状態において、積分項Ｉは水温Ｔの追従性を悪化させる要因になった。図５は初期開弁角度が異なる２つの流路切換弁について、エンジン始動後にアイドルストップで自動停止させ、その後にエンジンを再始動した場合の制御状況を示したタイムチャートである。正規の初期開弁角度=0degに対して、図中に破線で示す一方の流路切換弁は-Ｘdegの誤差を有し、実線で示す他方の流路切換弁は+Ｘdegの誤差を有している。このため、より先行して開弁する-Ｘdegの流路切換弁の特性を基準として制御のキャリブレーションがなされ、+Ｘdegの流路切換弁については、主として積分項Ｉの設定により定常偏差の抑制が図られる。
なお、誤差を示すＸの値は、例えば10deg以内である。

冷機状態でエンジンが始動されると（図中のポイントａ）、エンジンの暖気に伴って冷却水が次第に昇温され、水温Ｔは予め設定された目標水温tgtＴ1に向けて上昇する。このとき各流路切換弁のロータは初期開弁角度に到達していないため、ラジエータ開度Ａ=0%に相当する回転角度に制御されて冷却水の流通が中止されている。-Ｘdegの流路切換弁のロータは、目標水温tgtＴ1=水温Ｔになった時点で初期開弁角度に達し（ポイントｂ）、ラジエータ開度Ａが0%から増加し始めてラジエータに冷却水が流通する。冷却水の冷却により目標水温tgtＴ1＜水温Ｔの状態を経て水温Ｔは低下に転じ、その後は目標水温tgtＴ1の近傍に保たれる。

これに対して+Ｘdegの流路切換弁のロータは、目標水温tgtＴ1=水温Ｔになった時点でも初期開弁角度に到達せず（ポイントｃ）、ラジエータ開度Ａ=0%の状態を継続し、その間にも水温Ｔは上昇し続け、目標水温tgtＴ1を越えて目標水温tgtＴ1＜水温Ｔの状態が継続する。そして、このときの水温偏差ΔＴbaseに基づき制御周期毎に積分項Ｉが逐次積算され、この積分項Ｉを反映して流路切換弁のロータの回転角度が開側に変化するが、未だ初期開弁角度に到達しない。-Ｘdegとの角度差に相当する2Ｘdegだけロータが回転した時点で初期開弁角度に達し（ポイントｄ）、ラジエータ開度Ａが0%から増加してラジエータでの冷却水の冷却に伴って水温Ｔが低下に転じる。

積分項Ｉは積算を中止されてその時点の値に保持され、水温Ｔは目標水温tgtＴ1まで低下してその近傍に保たれる。結果として、積分項Ｉの積算によりラジエータ開度Ａが0%から増加するタイミングは、-Ｘdegの流路切換弁の場合よりも時間ｔ1だけ遅延し、その間に水温Ｔは目標水温tgtＴ1を大きく超過するオーバーシュートを生じる。このため目標水温tgtＴ1への収束が遅延し、この現象が水温Ｔの追従性を悪化させる要因となる。

一方、その後にエンジンはアイドルストップにより自動停止され、エンジンの発熱量の低下を鑑みて、それまでの目標水温tgtＴ1よりも低温側の目標水温tgtＴ2が設定される（ポイントｅ）。目標水温tgtＴ2＜水温Ｔに基づき積分項Ｉが一時的に増加し、ラジエータ開度Ａが増加側に制御されることによりラジエータでの冷却水の流量が増加し、水温Ｔは低下して目標水温tgtＴ2の近傍に保たれる。そして、アイドルストップが解除されてエンジンが再始動されると、目標水温tgtＴ2から目標水温tgtＴ1に設定し直される（ポイントｆ）。目標水温tgtＴ1＞水温Ｔに基づき、何れの流路切換弁もロータの回転角度が閉側に変化してラジエータ開度Ａ=0%に相当する位置に保たれる。冷却水はラジエータへの流通が中止され、エンジンからの受熱により次第に昇温する。

このときの-Ｘdeg及び+Ｘdegの流路切換弁による水温変化は、上記したエンジンの運転開始時と同様である。即ち、-Ｘdegの流路切換弁によれば、迅速に初期開弁角度に達してラジエータ開度Ａが0%から増加するため（ポイントｇ）、水温Ｔはオーバーシュートすることなく目標水温tgtＴ1に収束する。これに対して+Ｘdegの流路切換弁では、積分項Ｉの積算によりラジエータ開度Ａが0%から増加するタイミングが時間ｔ2だけ遅延するため（ポイントｈ）、その間に水温Ｔが目標水温tgtＴ1を大きく超過して追従性が悪化してしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、初期開弁角度のバラツキに起因して流路切換弁に個体差が生じている場合であっても、全閉状態に保持していた流路切換弁を遅延なく開側に駆動でき、これにより目標水温に対する水温の良好な追従性を実現することができるエンジンの冷却装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの冷却装置は、エンジンとラジエータとの間で循環する冷却水の流量を調整する流量調整部と、エンジンを流通する冷却水の温度を検出する水温検出部と、エンジンの運転状態に基づき冷却水の目標水温を算出する目標水温算出部と、水温検出部により検出された水温と目標水温算出部により算出された目標水温との水温偏差に基づき、水温を目標水温に保つべく積分項を含むフィードバック制御により制御目標値を算出し、制御目標値に基づき流量調整部を駆動するフィードバック制御部と、を備えたエンジンの冷却装置において、フィードバック制御部によるフィードバック制御において設定された積分値を記憶する積分項記憶部と、フィードバック制御部により算出される制御目標値に基づき、全閉状態の流量調整部の開側への駆動を判定する開駆動判定部とをさらに備え、フィードバック制御部が、開駆動判定部により流量調整部の開側への駆動が判定されたときに、積分項記憶部に記憶されている積分項をフィードバック制御の開弁初期値として適用することを特徴とする（請求項１）。

その他の態様として、積分項記憶部が、フィードバック制御において適用された積分値を逐次サンプリングして平均値として記憶し、フィードバック制御部が、積分項記憶部に記憶されている積分項の平均値を開弁初期値として適用してもよい（請求項２）。

その他の態様として、積分項記憶部が、フィードバック制御において水温が目標水温を横切ったときに設定された積分項を逐次サンプリングして平均値として記憶してもよい（請求項３）。

その他の態様として、積分項記憶部が、フィードバック制御において水温と目標水温との水温偏差が予め設定された判定値未満のときに設定された積分項を逐次サンプリングして平均値として記憶してもよい（請求項４）。

その他の態様として、水温検出部により検出された水温に基づくフィードフォワード制御により流量調整部を駆動するフィードフォワード制御部と、冷却装置の故障の有無を判定し、故障有りと判定したときにフィードバック制御部に代えてフィードフォワード制御部に流量調整部を駆動させ、その後に故障無しの判定を下したときにフィードバック制御部にフィードバック制御を再開させるフェイル判定部とをさらに備え、フィードバック制御部が、フェイル判定部による故障無しの判定に基づきフィードバック制御を再開したときに、フェイル判定部により故障有りと判定される以前のフィードバック制御において積分項記憶部により記憶された積分項の平均値を、再開したフィードバック制御の制御初期値として適用してもよい（請求項５）。

本発明のエンジンの冷却装置によれば、初期開弁角度のバラツキに起因して流路切換弁に個体差が生じている場合であっても、全閉状態に保持していた流路切換弁を遅延なく開側に駆動でき、これにより目標水温に対する水温の良好な追従性を実現することができる。

第１及び第２実施形態のエンジンの冷却装置を示す全体構成図である。 第１実施形態のＥＣＵの構成を示す制御ブロック図である。 第１実施形態において、初期開弁角度が異なる２つの流路切換弁に対する制御状況を示したタイムチャートである。 第２実施形態のＥＣＵの構成を示す制御ブロック図である。 従来技術において、初期開弁角度が異なる２つの流路切換弁に対する制御状況を示したタイムチャートである。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したエンジンの冷却装置を第１実施形態として説明する。
本実施形態のエンジン１は走行用動力源として乗用車に搭載されるものであり、水冷式の冷却装置２により冷却される。図１に示すように、エンジン１内に形成されたウォータージャケット３にはウォーターポンプ４から吐出された冷却水が流通し、その後、ウォータージャケット３からエンジン１の一側に接続された流出路５内に流出するようになっている。流出路５にはメイン水路６、サブ水路７及びバイパス水路８の一端がそれぞれ接続され、バイパス水路８の他端はウォーターポンプ４の吸込側に接続されている。

メイン水路６にはラジエータ９が介装され、メイン水路６の他端はウォーターポンプ４の吸込側に接続されている。サブ水路７は二股状に分岐して、排ガスを吸気側に環流するＥＧＲ弁１０及び吸気量を調整するスロットル装置１１が介装され、各サブ水路７の他端はメイン水路６のラジエータ９よりもウォーターポンプ４側の箇所に接続されている。

従って、流出路５からメイン水路６に案内された冷却水は、ラジエータ９を流通する際に走行風との間の熱交換により冷却され、温度低下してウォーターポンプ４に戻され、その後にウォータージャケット３を流通することによりエンジン１の冷却作用を奏する。流出路５からサブ水路７に案内された冷却水は、ＥＧＲ弁１０及びスロットル装置１１を流通して冷却し、受熱により温度上昇してウォーターポンプ４に戻される。また、流出路５からバイパス水路８に案内された冷却水は、そのままの温度でウォーターポンプ４に戻される。

流出路５内には流路切換弁１２が配設され、この流路切換弁１２により冷却水の流路が連続的に調整される。詳しくは、流路切換弁１２の入口ポートは流出路５内と連通し、流路切換弁１２の出口ポートはメイン水路６及びサブ水路７とそれぞれ連通している。流路切換弁１２は、内蔵された図示しないロータをモータ１３の駆動により回転させるロータリ式として構成され、ロータの回転角度とメイン水路６及びサブ水路７の開度との関係が予め設定されている。このため、例えばロータが開側に回転駆動されると、その回転角度に応じてメイン水路６及びサブ水路７が順次開閉されて開度が連続的に変化する。この開度変化に応じて、エンジン１とラジエータ９との間で循環する冷却水の流量、及びエンジン１とＥＧＲ弁１０やスロットル装置１１との間で循環する冷却水の流量がそれぞれ調整される。

以下の説明では、メイン水路６側の開口面積、換言するとラジエータ９の開度Ａを主体として、流路切換弁１２による開口比率の調整状態を表すものとする。例えば、メイン水路６側が全閉にされている状態をラジエータ開度Ａ=0%と表現し、このときラジエータ９への冷却水の流通が中止される。また、メイン水路６側が全開にされている状態をラジエータ開度Ａ=100%と表現し、このときラジエータ９を流通する冷却水の流量が最大となる。本実施形態では、流路切換弁１２が本発明の流量調整部として機能する。

冷却装置２の作動状態はＥＣＵ１５（電子制御装置）により制御され、ＥＣＵ１５は、入出力インターフェイス１５ａ、多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置１５ｂ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置１５ｃ（ＣＰＵ）、及びタイマカウンタ１５ｄ等により構成されている。ＥＣＵ１５の入力側には、流路切換弁１２のロータの回転角度θを検出するポジションセンサ１６、エンジン１から流出路５内に流出した冷却水の温度Ｔを検出する水温センサ１７等の各種センサ類が接続されている。またＥＣＵ１５の出力側には、上記した流路切換弁１２を駆動するモータ１３等の各種デバイス類が接続されている。本実施形態では、水温センサ１７が本発明の水温検出部として機能する。

次いで、図２の制御ブロック図に基づきＥＣＵ１５の構成を説明する。
ＥＣＵ１５の目標水温算出部２１では、エンジン１の運転状態に基づき冷却水の目標水温tgtＴが算出され、水温センサ１７により検出された水温Ｔと共に偏差算出部２２に入力される。偏差算出部２２では、目標水温tgtＴとエンジン温度Ｔとの差として基本水温偏差ΔＴbaseが算出され、この基本水温偏差ΔＴbaseがＰＩＤ設定部２３に入力される。基本水温偏差ΔＴbaseに基づき、ＰＩＤ設定部２３のＰ項設定部２３ａでは比例項Ｐが設定され、Ｉ項設定部２３ｂでは積分項Ｉが設定され、Ｄ項設定部２３ｃでは微分項Ｄが設定される。これらのフィードバック項Ｐ,Ｉ,Ｄが加算部２３ｄで加算されて、ＰＩＤ制御に基づく補正後水温偏差ΔＴが算出される。

補正後水温偏差ΔＴは目標開度算出部２４に入力され、補正後水温偏差ΔＴに基づき目標ラジエータ開度tgtＡが算出される。この算出処理のために、ＥＣＵ１５の記憶装置１５ｂには、予め補正後水温偏差ΔＴと目標ラジエータ開度tgtＡとの関係を規定した制御マップが記憶されている。
以上の偏差算出部２２、ＰＩＤ設定部２３及び目標開度算出部２４により、フィードバック制御部２６が構成されている。

目標ラジエータ開度tgtＡはバルブ制御部２５に入力され、目標ラジエータ開度tgtＡに基づきロータの目標回転角度tgtθが算出される。この算出処理のために、ＥＣＵ１５の記憶装置１５ｂには、目標ラジエータ開度tgtＡとロータの目標回転角度tgtθとの関係を規定した制御マップが記憶されている。バルブ制御部２５では、目標回転角度tgtθとポジションセンサ１６により検出された実際の回転角度θとの偏差に基づき、流路切換弁１２のモータ１３が制御される。

一方、目標開度算出部２４で算出された目標ラジエータ開度tgtＡは、開駆動判定部２７に入力される。開駆動判定部２７からは、目標ラジエータ開度tgtＡが全閉状態に相当する0%から増加したとき、即ち全閉状態の流路切換弁１２が開側に駆動されるときに開駆動信号が出力される。本実施形態では、目標ラジエータ開度tgtＡが本発明の制御目標値として機能する。なお、制御目標値は目標ラジエータ開度tgtＡに限るものではなく、これに代えてバルブ制御部２５により算出されるロータの目標回転角度tgtθを用いてもよい。

開駆動判定部２７から出力された開駆動信号は、ＰＩＤ設定部２３のＩ項設定部２３ｂで設定された積分項Ｉと共に積分項記憶部２８に入力され、積分項記憶部２８では積分項Ｉの平均値が記憶される。本実施形態では、PID制御において水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったタイミング、換言すると、水温Ｔが目標水温tgtＴを越えるか或いは目標水温tgtＴを下回るタイミングでＩ項設定部２３ｂにより設定された積分項Ｉが、積分項記憶部２８により逐次サンプリングされて平均値として記憶される。従って、新たな積分項Ｉがサンプリングされると、その積分項Ｉが過去にサンプリングされた積分項の総和に加算された上で、サンプリング数で除算されて平均化される。

結果として積分項記憶部２８には、水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったタイミングで設定された全ての積分項Ｉを平均化した値が記憶される。なお、記憶内容の実際の保存先は記憶装置１５ｂであるが、これに限るものではない。

そして、開駆動判定部２７から開駆動信号が入力されると、積分項記憶部２８に記憶されている積分項Ｉの平均値が読み出されてＰＩＤ設定部２３のＩ項設定部２３ｂに出力される。積分項Ｉの平均値が入力されると、この平均値がＩ項設定部２３ｂにより開弁初期値、即ち、流路切換弁１２を開弁する際の積分項Ｉの初期値として適用される。

なお、積分項記憶部２８の処理は上記に限るものではない。例えば、水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったタイミング毎に、Ｉ項設定部２３ｂで設定された積分項Ｉを逐次サンプリングして記憶し、開駆動判定部２７から開駆動信号が入力された時点で、記憶している積分項Ｉを平均化してＩ項設定部２３ｂに出力してもよい。何れの内容の処理を実行する積分項記憶部２８も、本発明の積分項記憶部に含まれるものとする。

詳細は後述するが、開駆動判定部２７により判定されるラジエータ開度tgtＡが0%から増加する状況とは、水温Ｔが上昇して目標水温tgtＴ1=水温Ｔに至り、それ以上の水温上昇を抑制すべくラジエータ９に冷却水を流通させる必要が生じた状況を意味する。そして、初期開弁角度に＋側の誤差を有する流路切換弁１２の場合には、この時点ではロータが初期開弁角度に到達しないため水温Ｔが目標水温tgtＴ1を大きく超過してしまう。このような状況のときに、積分項Ｉの平均値がPID制御の開弁初期値として適用されるのである。

次いで、以上のような機能を備えたＥＣＵ１５により実行される冷却装置２の制御について、図３のタイムチャートに基づき説明する。
この図３では図５と同じく、破線で示す-Ｘdegの誤差を有する流路切換弁１２と、実線で示す+Ｘdegの誤差を有する流路切換弁１２との制御状況を示している。なお、説明の便宜上、未だ積分項記憶部２８に積分項Ｉが記憶されていない状態で制御が開始されたものとする。

図３中のポイントａ～ｇまでの制御状況は、従来技術を示す図５と同様である。即ち、冷機状態でエンジン１が始動されると（図中のポイントａ）、水温Ｔは目標水温tgtＴ1に向けて上昇する。このとき目標水温tgtＴ1＞水温Ｔに基づき、フィードバック制御部２６の目標開度算出部２４では目標ラジエータ開度tgtＡ=0%が算出され、バルブ制御部２５の制御により各流路切換弁１２のロータはラジエータ開度Ａ=0%に相当する回転角度に制御され、冷却水の流通が中止されている。目標水温tgtＴ1=水温Ｔになると、-Ｘdegの流路切換弁１２のロータが初期開弁角度に達し（ポイントｂ）、ラジエータ開度Ａが増加し始めてラジエータ９に冷却水が流通し、水温Ｔが目標水温tgtＴ1の近傍に保たれる。

これに対して+Ｘdegの流路切換弁１２のロータは、目標水温tgtＴ1=水温Ｔになった時点でも初期開弁角度に到達しない（ポイントｃ）。このとき目標水温tgtＴ1と水温Ｔとの基本水温偏差ΔＴbaseに基づき積分項Ｉが逐次積算され、この積分項Ｉを反映して流路切換弁１２のロータが初期開弁角度に達する（ポイントｄ）。これによりラジエータ開度Ａが0%から増加するが、その間に水温Ｔは目標水温tgtＴ1を大きく超過してしまう。

その後にエンジン１がアイドルストップにより自動停止されると、目標水温tgtＴ1から目標水温tgtＴ2に切り換えられる（ポイントｅ）。なお、自動停止せずにアイドル運転に切り換えた場合も、同様の目標水温tgtＴの設定がなされる。積分項Ｉの一時的な増加によりラジエータ開度Ａは増加側に制御され、水温Ｔは低下して目標水温tgtＴ2の近傍に保たれる。そして、アイドルストップが解除されてエンジン１が再始動されると、目標水温tgtＴ2から目標水温tgtＴ1に設定し直される（ポイントｆ）。目標水温tgtＴ1＞水温Ｔに基づき目標ラジエータ開度tgtＡ=0%が算出され、何れの流路切換弁１２もロータの回転角度が閉側に変化してラジエータ開度Ａ=0%に相当する位置に制御される。ラジエータ９への冷却水の流通が中止され、エンジン１からの受熱により水温Ｔは次第に上昇して目標水温tgtＴ1に達する（ポイントｇ）。

そして、以上のポイントａ～ｇまでの制御過程において、本実施形態では、PID制御で適用された積分項Ｉの平均値が積分項記憶部２８に逐次記憶される。詳しくは、何れの流路切換弁１２においても、ラジエータ開度Ａの増減に応じて水温Ｔは目標水温tgtＴ1或いは目標水温tgtＴ2を頻繁に横切りながら変動している。また、PID制御のためにＰＩＤ設定部のＩ項設定部２３ｂにより設定された積分項Ｉは、積分項記憶部２８に逐次入力されている。この入力された積分項の中から、水温Ｔが目標水温tgtＴ1，tgtＴ2を横切ったタイミングでＩ項設定部２３ｂにより設定された積分項Ｉが積分項記憶部２８により逐次サンプリングされ、過去にサンプリングされた積分項と共に平均化されて積分項Ｉの平均値として記憶される。

図３中では、-Ｘdegの流路切換弁１２の場合に積分項記憶部２８に記憶される積分項Ｉの平均値を細い破線で示しており、平均化を繰り返すことで太い破線で示す積分項Ｉに次第に接近し、その近傍でほぼ平衡している。また、+Ｘdegの流路切換弁１２の場合に積分項記憶部２８に記憶される積分項Ｉの平均値を細い実線で示しており、平均化を繰り返すことで太い実線で示す積分項Ｉに次第に接近し、その近傍でほぼ平衡している。

そして、-Ｘdegの流路切換弁１２の特性を基準として制御のキャリブレーションがなされているため、-Ｘdegの積分項Ｉの平均値はごく小さく、これに対して+Ｘdegの積分項Ｉの平均値は相対的に大きい。何れの平均値も、水温Ｔが目標水温tgtＴ1，tgtＴ2を横切ったときの積分項Ｉを平均化した値であり、換言すると、流路切換弁１２に生じている初期開弁角度の誤差を適切に補償可能な積分項Ｉであると見なせる。

一方、目標水温tgtＴ2から目標水温tgtＴ1への切換に応じて冷却水の流通が中止され（ポイントｆ）、上昇した水温Ｔが目標水温tgtＴ1に達すると（ポイントｇ）、目標開度算出部２４から出力される目標ラジエータ開度tgtＡが0%から増加する。目標ラジエータ開度tgtＡを入力した開駆動判定部２７から開駆動信号が出力され、この信号を入力した積分項記憶部２８では、記憶している積分項Ｉの平均値が読み出されてＰＩＤ設定部２３のＩ項設定部２３ｂに出力される。Ｉ項設定部２３ｂでは、入力された積分項Ｉの平均値がPID制御の開弁初期値として適用される。

従って、何れの流路切換弁１２の場合でも、水温Ｔが目標水温tgtＴ1に達した時点で（ステップｇ）、Ｉ項設定部２３ｂで設定される積分項Ｉが開弁初期値としてステップ的に増加する。そして、この積分項Ｉを反映した補正後水温偏差ΔＴがＰＩＤ設定部２３からバルブ制御部２５に出力され、バルブ制御部２５により流路切換弁１２のロータの回転角度θ、ひいてはラジエータ開度Ａが制御される。このときのラジエータ開度Ａ及び水温Ｔは、以下のように調整される。

図５に示す従来技術では、キャリブレーションの対象となった-Ｘdegの流路切換弁１２に比較して、初期開弁角度に＋側の誤差を有する+Ｘdegの流路切換弁１２では、ラジエータ開度Ａが0%から増加するタイミングが積分項Ｉの積算に要する時間ｔ2だけ遅延し（ポイントｇ－ｈ）、この遅れが水温Ｔのオーバーシュートの要因であった。これに対して本実施形態では、-Ｘdegのみならず+Ｘdegの流路切換弁１２においても、積分項Ｉの積算を待つことなく、水温Ｔが目標水温tgtＴ1に達した時点で直ちに積分項Ｉがステップ的に増加する。

そして、このときの積分項Ｉの増加量は、+Ｘdegの流路切換弁１２が有する初期開弁角度の誤差に相当し、換言すると初期開弁角度の誤差を適切に補償可能な値に相当する。このため、積分項Ｉの増加に同期してラジエータ開度Ａが0%から増加し（ポイントｇ）、全閉状態に保持していた流路切換弁１２が遅延なく開側に駆動される。従って、速やかにラジエータ９での冷却水の冷却が開始されるため、水温Ｔはオーバーシュートすることなく目標水温tgtＴ1の近傍に保たれる。なお、この間にもPID制御に適用される積分項Ｉの平均値が積分項記憶部２８に記憶され続け、エンジン停止によりＥＣＵ１５への電源が遮断された後にも記憶内容が記憶装置１５ｂに保存される。

そして、再び冷機状態でエンジン１が始動されてＥＣＵ１５による制御が開始されると（ポイントａ2）、水温Ｔは目標水温tgtＴ1に向けて上昇する。目標水温tgtＴ1=水温Ｔになると（ポイントｂ2）、ポイントｇの場合と同じく、-Ｘdegのみならず+Ｘdegの流路切換弁１２も積分項Ｉがステップ的に増加し、且つ、その積分項Ｉの増加量は、+Ｘdegの流路切換弁１２の初期開弁角度の誤差を適切に補償可能な値となる。このため、積分項Ｉの増加に同期してラジエータ開度Ａが0%から増加し、速やかにラジエータ９での冷却水の冷却が開始されることから、水温Ｔはオーバーシュートすることなく目標水温tgtＴ1の近傍に保たれる。

以上のように本実施形態のエンジン１の冷却装置２によれば、水温Ｔを目標水温tgtＴに保つためにＰＩＤ設定部２３のＩ項設定部２３ｂで設定される積分項Ｉを積分項記憶部２８に逐次入力し、入力された積分項Ｉの中から、水温Ｔが目標水温tgtＴ1，tgtＴ2を横切ったタイミングで設定された積分項Ｉを逐次サンプリングし、その平均値を積分項記憶部２８に記憶している。また、冷機状態のエンジン始動時或いは目標水温tgtＴの高温側への切換時等のように、PID制御で積分項Ｉが積算される間に上昇中の水温Ｔが目標水温tgtＴ1を大きく超過する虞がある状況を、目標ラジエータ開度tgtＡの0%からの増加に基づき開駆動判定部２７で判定している。そして、このとき開駆動判定部２７から出力される開駆動信号に基づき、積分項記憶部２８に記憶されている積分項Ｉの平均値を、Ｉ項設定部２３ｂが積分項Ｉを設定する際の開弁初期値として適用している。

このため積分項Ｉの積算を待つことなく、水温Ｔが目標水温tgtＴ1に達した時点で直ちに積分項Ｉがステップ的に増加する。従って、全閉状態に保持していた流路切換弁１２を遅延なく開側に駆動して速やかにラジエータ９での冷却水の冷却を開始でき、これにより水温Ｔのオーバーシュートを未然に防止して目標水温tgtＴに対する追従性を向上することができる。

一方、開弁初期値として単なる積分項Ｉでなく平均値を適用するのは、エンジン１の冷却装置２を制御対象としているが故である。即ち、水冷式の冷却装置２は、メイン水路６に介装したラジエータ９に冷却水を流通させて走行風との間で熱交換させて冷却し、温度低下した冷却水をウォータージャケット３に流通させてエンジン１の冷却作用を得ている。そして、水温Ｔを目標水温tgtＴに保つために、ラジエータ開度Ａの制御によりラジエータ９を流通する冷却水の流量を調整しているが、この冷却水の流量は、ラジエータ９の冷却能力に影響する要素の１つに過ぎない。

ラジエータ９での熱交換は、その内部を流通する冷却水とラジエータコアを流通する空気との間で行われる。このためラジエータ９の冷却能力には、ラジエータ９を流通する冷却水の流量のみならず、ラジエータ９を流通する冷却水の温度Ｔ、ラジエータコアを流通する空気の流量、及びラジエータコアを流通する空気の温度がそれぞれ影響を及ぼす。結果として、これら４つの要素の影響を受けてラジエータ９の冷却能力が定まり、それに応じて水温Ｔが調整される。

従って、水温Ｔが目標水温tgtＴに保たれているときの積分項Ｉは、流路切換弁１２に生じている初期開弁角度の誤差を反映するだけでなく、その時点の水温Ｔ、空気の流量及び温度の影響も受けている。初期開弁角度の誤差による影響が最も大であるため、積分項Ｉを開弁初期値として適用する意義があるものの、外乱として作用する水温Ｔ、空気の流量及び温度の影響を軽減することが望ましい。

例えば、制御開始から最初に水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったときに単一の積分項Ｉを記憶した場合、その積分値Ｉが水温Ｔ、空気の流量及び温度の影響を大きく受けている可能性もある。その場合の積分項Ｉは、初期開弁角度の誤差を補償するには不適切な値となり、開弁初期値として適用するとラジエータ開度Ａの調整に過不足が生じることから、目標水温tgtＴに対する水温Ｔの追従性が悪化する可能性がある。

そこで、本実施形態では水温Ｔが目標水温tgtＴ1，tgtＴ2を横切ったタイミングで積分項Ｉを逐次サンプリングし、その平均値を開弁初期値として適用しているのである。この対策により、開弁初期値への水温Ｔ、空気の流量及び温度の影響を軽減できる。結果として、全閉状態に保持していた流路切換弁１２を開側に駆動する際にラジエータ開度Ａを過不足なく調整でき、目標水温tgtＴに対する水温Ｔの追従性を一層向上することができる。

ところで本実施形態では、冷機状態のエンジン始動や目標水温tgtＴの高温側への切換に際して、全閉状態に保持していた流路切換弁１２を開側に駆動するときに、記憶していた積分項Ｉの平均値を開弁期値として適用したが、記憶情報の用途はこれに限らない。例えば、フェイル判定に基づき一旦中止したフィードバック制御を再開する際に、記憶していた積分項Ｉの平均値を制御初期値として適用してもよく、この実施例を第２実施形態として以下に述べる。

［第２実施形態］
第１実施形態に対する本実施形態の相違点は、フェイル判定に対応する構成を追加した点にあり、その他の構成、例えば図１の全体構成等については第１実施形態と同一である。そこで、共通する構成の箇所は同一の部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。

まず、図４の制御ブロック図に基づきＥＣＵ１５の構成を説明する。
本実施形態では、フィードバック制御部２６に加えてフィードフォワード制御部３１が設けられ、切換部３２の切り換えに応じて何れかの制御部２６，３１が選択的にバルブ制御部２５と接続される。フィードフォワード制御部３１は、水温センサ１７により検出された水温Ｔに基づき流路切換弁１２によるラジエータ開度Ａをフィードフォワード制御する。ＥＣＵ１５の記憶装置１５ｂには、予め水温Ｔと目標ラジエータ開度tgtＡとの関係を規定した制御マップが記憶されている。例えば制御マップの特性は、水温Ｔの異常上昇を迅速に抑制可能な目標ラジエータ開度tgtＡを導出するように設定されている。フィードフォワード制御部３１が切換部３２を介してバルブ制御部２５に接続されると、制御マップに基づき現在の水温Ｔから算出された目標ラジエータ開度tgtＡに基づき、バルブ制御部２５により流路切換弁１２が制御される。

切換部３２はフェイル判定部３３により切り換えられ、フェイル判定部３３は冷却装置２に発生する種々の故障の有無を判定する機能を奏する。この判定処理のために、図示はしないがフェイル判定部３３には水温センサ１７等の各種センサ類から検出情報が入力されており、故障無しの判定を下しているときには、切換部３２をフィードバック制御部２６側に切換・保持している。従って、第１実施形態で述べたようにフィードバック制御部２６により流路切換弁１２が制御されると共に、Ｉ項設定部２３ｂで設定された積分項Ｉが積分項記憶部２８により逐次サンプリングされて平均値として記憶される。

フィードバック制御部２６による制御中において、例えば正常な制御範囲の上限を超えて水温Ｔが上昇した場合、フェイル判定部３３により冷却装置２に故障有りの判定が下され、切換部３２がフィードフォワード制御部３１側に切り換えられる。フィードフォワード制御部３１により設定される目標ラジエータ開度tgtＡに基づき流路切換弁１２が制御され、これにより水温Ｔの異常上昇が迅速に抑制される。水温Ｔが正常の制御範囲まで低下すると、フェイル判定部３３により故障無しの判定が下され、切換部３２が再びフィードバック制御部２６側に切り換えられる。

そして、このようにフィードバック制御部２６の制御を再開させたとき、フェイル判定部３３からはF/B再開信号が積分項記憶部２８に出力される。このF/B再開信号を入力されたときの積分項記憶部２８は、第１実施形態で述べた開駆動信号の入力時と同一の処理を実行する。即ち、積分項記憶部２８に記憶されている積分項Ｉの平均値を読み出してＰＩＤ設定部２３のＩ項設定部２３ｂに出力し、この平均値がＩ項設定部２３ｂにより制御初期値、即ち、PID制御を再開する際の初期値として適用される。
なお、水温Ｔの異常上昇以外の故障についても同様の処理が実行される。

従来のエンジンの冷却装置においてフェイル判定部により故障有りの判定が下された場合には、以下の知見に基づき対処が実施される。
このときの冷却装置は何らかの故障を発生しており、フィードバック制御部による制御が故障要因になっている可能性もあり、当該制御に適用された積分項Ｉの信頼性にも疑義が生じる。このため、フィードフォワード制御への切換により水温Ｔの異常上昇が抑制されてフィードバック制御を再開したとしても、故障有りの判定が下される直前の積分項Ｉを制御に適用した場合には同じ故障が再発する虞がある。そこで、フィードバック制御を再開する際に積分項を０にリセットし、改めて水温偏差に基づき積分項Ｉの積算を開始している。

ところが、この対策では、図５に基づき説明した従来技術と同様の問題が生じる。即ち、目標水温tgtＴ1=水温Ｔになったとしても、初期開弁角度に＋側の誤差を有する流路切換弁１２の場合には、積分項Ｉの加算によりロータが初期開弁角度に達するまで水温Ｔが上昇し続け、目標水温tgtＴを大きく超過してしまう。

このような従来技術に対して本実施形態では、フィードバック制御の再開と共に、Ｉ項設定部２３ｂで制御初期値として積分項Ｉの平均値が適用される。重要な事項は、従来技術で問題視された積分項Ｉと本実施形態の積分項Ｉの平均値とが根本的に相違する点である。即ち、従来技術の積分項Ｉは、故障有りの判定直前に制御で適用された値であるため、仮に故障要因に相当する不適切な値であった場合には、その影響を真向から受けてラジエータ開度Ａの調整に過不足が生じてしまう。

これに対して本実施形態の積分項Ｉの平均値は、故障有りの判定よりも遡った時点、より詳しくは今回の制御開始の時点から、或いは前回以前の制御開始の時点からの十分に長い期間中において、積分項記憶部２８により逐次サンプリングされた積分項Ｉの平均値である。このため、仮に故障有りの判定直前に適用された積分項Ｉが不適切な値であったとしても、それ以前にサンプリングされた多数の積分項Ｉと共に平均化されることにより、その影響はほとんど無視できる軽微なものとなる。結果として積分項Ｉの平均値は、第１実施形態と同じく流路切換弁１２に生じている初期開弁角度の誤差を適切に補償可能な積分項Ｉと見なせる。

そして、このような積分項Ｉの平均値が、再開されたフィードバック制御に制御初期値として適用される。このときの制御状況は、第１実施形態で述べた冷機状態のエンジン始動時等と同様であるため、重複する説明はしないが、積分項Ｉの積算を待つことなく直ちにステップ的に増加するため、初期開弁角度に＋側の誤差を有する流路切換弁１２であっても遅延なく開側に駆動でき、これにより目標水温tgtＴに対する水温Ｔの追従性を向上することができる。

本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、乗用車に搭載されるエンジン１の冷却装置２として具体化したが、本発明はこれに限るものではない。例えば自動二輪車やＡＴＶ（All Terrain Vehicle）に搭載されるエンジン用の冷却装置に具体化してもよい。また、図１に示す冷却装置２の水路の構成に関しても、これに限るものではなく任意に変更可能である。

また上記実施形態では、水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったタイミングで設定された積分項Ｉを積分項記憶部２８により逐次サンプリングして平均値として記憶したが、これに限るものではない。例えば、水温Ｔと目標水温tgtＴとの水温偏差ΔＴbaseが予め設定された判定値未満のとき、換言すると双方が十分に接近しているときに設定された積分項Ｉを逐次サンプリングして平均値として記憶してもよい。

また、第２実施形態で述べたフィードバック制御の再開時には積分項Ｉの平均値を適用する必要があるものの、第１実施形態で述べた冷機状態のエンジン始動時及び目標水温tgtＴの高温側への切換時には、必ずしも平均値を適用する必要はない。従って、例えば制御開始から最初に水温Ｔが目標水温tgtＴを横切ったときに単一の積分項Ｉを積分項記憶部２８に記憶し、これらの場合に適用するようにしてもよい。
また上記実施形態では、ＰＩＤ設定部２３でＰＩＤ制御に基づく補正後水温偏差ΔＴを算出したが、これに代えてＰＩ制御に基づき補正後水温偏差ΔＴを算出してもよい。

１ エンジン
２ 冷却装置
９ ラジエータ
１２ 流路切換弁（流量調整部）
１７ 水温センサ（水温検出部）
２１ 目標水温算出部
２６ フィードバック制御部
２７ 開駆動判定部
２８ 積分項記憶部
３１ フィードフォワード制御部
３３ フェイル判定部

Claims (5)

1. エンジンとラジエータとの間で循環する冷却水の流量を調整する流量調整部と、
   前記エンジンを流通する冷却水の温度を検出する水温検出部と、
   前記エンジンの運転状態に基づき冷却水の目標水温を算出する目標水温算出部と、
   前記水温検出部により検出された水温と前記目標水温算出部により算出された目標水温との水温偏差に基づき、前記水温を前記目標水温に保つべく積分項を含むフィードバック制御により制御目標値を算出し、前記制御目標値に基づき前記流量調整部を駆動するフィードバック制御部と、
   を備えたエンジンの冷却装置において、
   前記フィードバック制御部によるフィードバック制御において設定された積分値を記憶する積分項記憶部と、
   前記フィードバック制御部により算出される制御目標値に基づき、全閉状態の前記流量調整部の開側への駆動を判定する開駆動判定部とをさらに備え、
   前記フィードバック制御部は、前記開駆動判定部により前記流量調整部の開側への駆動が判定されたときに、前記積分項記憶部に記憶されている積分項をフィードバック制御の開弁初期値として適用する
   ことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記積分項記憶部は、前記フィードバック制御において適用された積分値を逐次サンプリングして平均値として記憶し、
   前記フィードバック制御部は、前記積分項記憶部に記憶されている積分項の平均値を前記開弁初期値として適用する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。
3. 前記積分項記憶部は、前記フィードバック制御において前記水温が前記目標水温を横切ったときに設定された積分項を逐次サンプリングして平均値として記憶する
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
4. 前記積分項記憶部は、前記フィードバック制御において前記水温と前記目標水温との水温偏差が予め設定された判定値未満のときに設定された積分項を逐次サンプリングして平均値として記憶する
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの冷却装置。
5. 前記水温検出部により検出された水温に基づくフィードフォワード制御により前記流量調整部を駆動するフィードフォワード制御部と、
   前記冷却装置の故障の有無を判定し、故障有りと判定したときに前記フィードバック制御部に代えて前記フィードフォワード制御部に前記流量調整部を駆動させ、その後に故障無しの判定を下したときに前記フィードバック制御部にフィードバック制御を再開させるフェイル判定部とをさらに備え、
   前記フィードバック制御部は、前記フェイル判定部による故障無しの判定に基づきフィードバック制御を再開したときに、前記フェイル判定部により故障有りと判定される以前のフィードバック制御において前記積分項記憶部により記憶された積分項の平均値を、再開したフィードバック制御の制御初期値として適用する
   ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のエンジンの冷却装置。

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