WO2015136747A1 - 内燃機関の冷却装置及び冷却装置の制御方法 - Google Patents

内燃機関の冷却装置及び冷却装置の制御方法 Download PDF

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WO2015136747A1
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coolant
temperature
internal combustion
combustion engine
control valve
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PCT/JP2014/074704
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村井　淳
智之 村上
坂口　重幸
裕一 外山
渡辺　正彦
英昭 中村
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for circulating a coolant to an internal combustion engine by a water pump and a control method thereof.
  • a radiator cooling water circuit through which a cooling water flows, a radiator bypass circuit bypassing the radiator, and a radiator bypass circuit, which are provided between the cooling water and the hydraulic oil of the automatic transmission of the engine A heat exchanger that exchanges heat, the radiator downstream side passage connecting the upstream side of the heat exchanger and the downstream portion of the radiator of the radiator cooling water circuit, and allowing the coolant passing through the radiator to flow into the heat exchanger;
  • Flow control means for adjusting the inflow ratio of the cooling water from the radiator bypass circuit and the cooling water from the radiator downstream side passage, which is provided at the connecting portion of the bypass circuit and the radiator downstream side passage and flows into the heat exchanger A cooling circuit is disclosed.
  • the temperature of the cylinder head in other words, the combustion temperature
  • the combustibility is improved, and the fuel consumption performance, exhaust characteristics and the like can be improved.
  • raising the temperature of the cylinder block reduces the friction and improves the fuel efficiency. it can.
  • the present invention aims to provide a cooling device for an internal combustion engine and a control method therefor that can improve the controllability of the temperature of the cylinder head and the temperature of the cylinder block and improve the fuel consumption performance of the internal combustion engine. .
  • the cooling device includes the water pump for circulating the coolant to the internal combustion engine, the first coolant line passing through the cylinder head and the radiator of the internal combustion engine, and the cylinder block of the internal combustion engine.
  • a motor-driven flow control valve in which a second coolant line bypassing a radiator, the first coolant line and the second coolant line are connected to the inflow side, and the outflow side is connected to the suction side of the water pump And a bypass line branched from the first coolant line between the cylinder head and the radiator and bypassing the radiator and joining the outlet side of the flow control valve.
  • a water pump for circulating a coolant to an internal combustion engine for circulating a coolant to an internal combustion engine, a first cooling fluid line passing through a cylinder head and a radiator of the internal combustion engine, and a cylinder block of the internal combustion engine
  • a second cooling fluid line bypassing the radiator via the first cooling fluid line, the first cooling fluid line and the second cooling fluid line are connected to the inflow side, and the outflow side is connected to the suction side of the water pump.
  • a cooling device comprising: a flow control valve; and a bypass line branched from the first coolant line between the cylinder head and the radiator and bypassing the radiator and joining the outflow side of the flow control valve.
  • a control method comprising: detecting a temperature of a coolant at an outlet of the cylinder head; and a temperature of the coolant at an outlet of the cylinder block The and detecting and controlling the flow rate control valve based on the temperature of the coolant at the outlet temperature and the cylinder block coolant at the outlet of the cylinder head.
  • the controllability of the temperature of the cylinder head and the temperature of the cylinder block can be enhanced, and the fuel consumption performance of the internal combustion engine can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a cooling device according to the present invention.
  • An internal combustion engine 10 for a vehicle has a cylinder head 11 and a cylinder block 12.
  • a transmission 20 as an example of a power transmission device is connected to an output shaft of the internal combustion engine 10, and the output of the transmission 20 is transmitted to driving wheels (not shown).
  • the cooling device of the internal combustion engine 10 is a water cooling type cooling device that circulates cooling water (cooling fluid).
  • the cooling system includes a flow control valve 30 operated by an electric actuator, an electric water pump 40 driven by a motor, a radiator 50, a cooling water passage 60 provided in the internal combustion engine 10, and a pipe 70 connecting these. Ru.
  • the cylinder head 11 of the internal combustion engine 10 is connected to a cooling water inlet 13 provided at one end of the cylinder head 11 in the cylinder arrangement direction and a cooling water outlet 14 provided at the other end of the cylinder head 11 in the cylinder arrangement direction.
  • a cooling water passage 61 extending in the cylinder head 11 is provided.
  • the cylinder block 12 of the internal combustion engine 60 is branched from the cooling water passage 61 to reach the cylinder block 12, extends inside the cylinder block 12, and is connected to the cooling water outlet 15 provided in the cylinder block 12
  • a cooling water passage 62 is provided.
  • the coolant outlet 15 of the cylinder block 12 is provided at the end in the same cylinder arrangement direction as the side where the coolant outlet 14 is provided.
  • the cooling water is supplied to the cylinder block 12 via the cylinder head 11, and the cooling water that has passed only the cylinder head 11 is discharged from the cooling water outlet 14. After flowing into the cylinder head 11, the cooling water that has passed through the cylinder block 12 is discharged from the cooling water outlet 15.
  • One end of a first cooling water pipe 71 is connected to the cooling water outlet 14 of the cylinder head 11, and the other end of the first cooling water pipe 71 is connected to the cooling water inlet 51 of the radiator 50.
  • One end of a second cooling water pipe 72 is connected to the cooling water outlet 15 of the cylinder block 12, and the other end of the second cooling water pipe 72 is connected to four inlet ports (inflow holes) 31-34 of the flow control valve 30. Are connected to the first inlet port 31 of the An oil cooler 16 for cooling the lubricating oil of the internal combustion engine 10 is provided in the middle of the second cooling water pipe 72. The oil cooler 16 exchanges heat between the cooling water flowing in the second cooling water pipe 72 and the lubricating oil of the internal combustion engine 10.
  • one end of the third cooling water pipe 73 is connected to the first cooling water pipe 71, and the other end is connected to the second inlet port 32 of the flow control valve 30.
  • an oil warmer 21 for heating the hydraulic oil of the transmission 20 is provided in the middle of the third cooling water pipe 73.
  • the oil warmer 21 performs heat exchange between the cooling water flowing in the third cooling water pipe 73 and the hydraulic oil of the transmission 20. That is, the cooling water having passed through the cylinder head 11 is diverted to be led to the oil warmer 21, and the hydraulic oil is heated in the oil warmer 21.
  • the fourth cooling water pipe 74 is connected to the first cooling water pipe 71, and the other end is connected to the third inlet port 33 of the flow control valve 30.
  • the fourth cooling water pipe 74 is provided with various heat exchange devices.
  • a heater core 91 for heating the vehicle a water-cooled EGR cooler 92 constituting an exhaust gas recirculation system for the internal combustion engine 10, and an exhaust gas for adjusting the exhaust gas recirculation amount in the exhaust gas recirculation system
  • a return control valve 93 and a throttle valve 94 for adjusting the intake air amount of the internal combustion engine 10 are provided.
  • the heater core 91 is a device that performs heat exchange between the cooling water in the fourth cooling water pipe 74 and the conditioned air to warm the conditioned air.
  • the EGR cooler 92 performs heat exchange between the exhaust gas recirculated to the intake system of the internal combustion engine 10 by the exhaust gas recirculation apparatus and the cooling water in the fourth cooling water pipe 74 to reduce the temperature of the exhaust gas recirculated. It is a device.
  • the exhaust gas recirculation control valve 93 and the throttle valve 94 are configured to be warmed by performing heat exchange with the cooling water in the fourth cooling water pipe 74, and are thereby included in the exhaust and the intake. Moisture is prevented from freezing around the exhaust gas recirculation control valve 93 and the throttle valve 94.
  • the cooling water that has passed through the cylinder head 11 is diverted and led to the heater core 91, the EGR cooler 92, the exhaust gas recirculation control valve 93, and the throttle valve 94 to perform heat exchange with these. Further, one end of the fifth cooling water pipe 75 is connected to the cooling water outlet 52 of the radiator 50, and the other end is connected to the fourth inlet port 34 of the flow control valve 30.
  • the flow control valve 30 has one outlet port (outlet hole) 35, and one end of a sixth cooling water pipe 76 is connected to the outlet port 35.
  • the other end of the sixth cooling water pipe 76 is connected to the suction port 41 of the water pump 40.
  • one end of a seventh cooling water pipe 77 is connected to the discharge port 42 of the water pump 40, and the other end of the seventh cooling water pipe 77 is connected to the cooling water inlet 13 of the cylinder head 11.
  • the eighth cooling water pipe 78 has one end connected downstream of the portion to which the third cooling water pipe 73 and the fourth cooling water pipe 74 of the first cooling water pipe 71 are connected, and the other end is the sixth It is connected to the cooling water pipe 76.
  • the flow control valve 30 includes four inlet ports (inflow holes) 31-34 and one outlet port (outflow hole) 35, and the inlet ports 31-34 have cooling water pipes 72, 73, 74 and 75 are respectively connected, and the sixth cooling water pipe 76 is connected to the outlet port 35.
  • the flow control valve 30 is, for example, a rotary flow passage switching valve, and a stator provided with a plurality of ports 31 to 35 is fitted with a rotor provided with a flow passage, and the rotor is an electric actuator such as an electric motor
  • the respective openings of the stator are connected by rotating the rotor and changing the angular position of the rotor.
  • the opening area ratio of the four inlet ports 31 to 34 changes according to the rotor angle, and the rotor flow is controlled so that the desired opening area ratio can be controlled by selecting the rotor angle. Road etc. are adapted.
  • the cooling water passage 61 and the first cooling water pipe 71 constitute a first cooling fluid line passing through the cylinder head 11 and the radiator 50.
  • the cooling water passage 62 and the second cooling water pipe 72 constitute a second cooling fluid line that bypasses the radiator 50 via the cylinder block 12.
  • the cooling water passage 61 and the fourth cooling water pipe 74 constitute a third cooling liquid line that bypasses the radiator 50 via the cylinder head 11 and the heater core 91.
  • the cooling water passage 61 and the third cooling water pipe 73 constitute a fourth cooling fluid line that bypasses the radiator 50 via the cylinder head 11 and the oil warmer 21 of the transmission 20.
  • a bypass line is branched from the first coolant line between the cylinder head 11 and the radiator 50 by the eighth coolant pipe 78, and bypasses the radiator 50 to join the outlet side of the flow control valve 30.
  • Ru that is, in the flow control valve 30, the first coolant line, the second coolant line, the third coolant line, and the fourth coolant line described above are respectively connected to the inflow side, and the outflow side is the suction side of the water pump 40. Control the amount of cooling water supplied to the first coolant line, the second coolant line, the third coolant line, and the fourth coolant line by connecting and adjusting the opening area of the outlet of each coolant line It is a switching mechanism of a flow path.
  • the flow control valve 30 has, for example, a plurality of switching patterns (switching positions) as illustrated in FIG. 5, and is configured to switch to any of these switching patterns by changing the rotor angle with an electric actuator. . That is, the flow control valve 30 closes all the inlet ports 31-34 within a predetermined angular range from the reference angular position where the rotor angle is regulated by the stopper.
  • the position where all the inlet ports 31 to 34 of the flow control valve 30 close is referred to as a first pattern or a first position.
  • the state in which the minimum opening area is larger than zero in other words, leakage flow occurs. It shall include the state.
  • the third inlet port 33 to which the outlet of the heater core coolant line is connected opens to a constant opening degree, and then the rotor angle The constant flow rate is maintained for an increase in
  • the position where the third inlet port 33 opens is referred to as a second pattern or a second position.
  • the first inlet port 31 to which the outlet of the block coolant line is connected opens and the opening area of the first inlet port 31 becomes , Gradually increases as the rotor angle increases.
  • the position where the first inlet port 31 is opened is referred to as a third pattern or a third position.
  • the second inlet port 32 to which the outlet of the power transmission system coolant fluid line is connected opens at a constant opening at an angular position larger than the angle at which the first inlet port 31 opens, and then, for the increase of the rotor angle. Thus, the constant opening degree is maintained.
  • the position where the second inlet port 32 is opened is referred to as a fourth pattern or a fourth position.
  • the fourth inlet port 34 to which the outlet of the radiator coolant line is connected opens at an angular position larger than the angle at which the second inlet port 32 opens to a constant opening degree, and the opening area of the fourth inlet port 34 is It gradually increases as the rotor angle increases.
  • the position where the fourth inlet port 34 is opened is referred to as a fifth pattern or a fifth position.
  • a second temperature sensor 82 for detecting the temperature of the cooling water in the water pipe 71, that is, the temperature of the cooling water near the outlet of the cylinder block 12 is provided.
  • a water temperature detection signal TW1 of the first temperature sensor 81 and a water temperature detection signal TW2 of the second temperature sensor 82 are input to an electronic control unit (controller, control unit) 100 including a microcomputer. Then, the electronic control unit 100 outputs an operation signal to the water pump 40 and the flow control valve 30, and controls the discharge amount of the water pump 40 and the position (switching pattern) of the flow control valve 30.
  • the electronic control unit 100 has a function of controlling the fuel injection device 17 and the ignition device 18 of the internal combustion engine 10, and also has a function of temporarily stopping the internal combustion engine 10 when waiting for a signal from the vehicle. It has a reduction function).
  • An electronic control unit having a control function of the internal combustion engine 10 is provided separately from the electronic control unit 100, and an electronic control unit for engine control and an electronic control unit for a cooling system for controlling the water pump 40 and the flow control valve 30. Intercommunication can be configured to take place with 100.
  • the electronic control unit 100 sequentially switches the rotor angle (switching pattern) of the flow control valve 30 and changes the discharge amount of the water pump 40 as the warm-up of the internal combustion engine 10 progresses. It has a function of causing the temperature of the cylinder head 11 to approach the target value, and a function of causing the temperature of the cylinder block 12 to approach the target value.
  • the flowchart of FIG. 2 shows an example of control of the water pump 40 and the flow control valve 30 by the electronic control unit 100.
  • the electronic control unit 100 implements the routine shown in the flowchart of FIG. 2 by interrupt processing every predetermined time.
  • the electronic control unit 100 determines whether the internal combustion engine 10 is started in a cold state or is in a restart state immediately after the operation is stopped and the internal combustion engine 10 is in a high start state.
  • the water temperature TW1 detected by the temperature sensor 81 that is, the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11, and the first threshold TH1 are compared and determined. Then, when the internal combustion engine 10 is started in a cold state where the water temperature TW1 falls below the first threshold TH1, the electronic control unit 100 proceeds to step S502.
  • the electronic control unit 100 bypasses steps S502 to S507 and proceeds to step S508. In the cold start state and proceeding to step S502, the electronic control unit 100 sets the rotor target angle of the flow control valve 30 according to the first pattern.
  • the electronic control unit 100 sets the angular position at which all of the first inlet port 31, the second inlet port 32, the third inlet port 33, and the fourth inlet port 34 are closed to the target angle of the rotor of the flow control valve 30. .
  • the circulation of the cooling water through the first inlet port 31, the second inlet port 32, the third inlet port 33 and the fourth inlet port 34 is stopped.
  • the cooling water discharged from the water pump 40 is again drawn into the water pump 40 via the seventh cooling water pipe 77, the cooling water passage 61, the first cooling water pipe 71, and the eighth cooling water pipe 78. Cycle through the
  • the supply of cooling water to the first cooling liquid line, the second cooling liquid line, the third cooling liquid line and the fourth cooling liquid line is stopped, and the cooling water is supplied only to the bypass line. Be done.
  • the coolant passing through the cylinder head 11 bypasses the radiator 50 and is circulated again to the cylinder head 11, and the cylinder block 12, the oil cooler 16, the oil warmer 21, the heater core 91, the EGR cooler 92, the exhaust gas recirculation control valve 93, the throttle valve 94 is in a state where the cooling water is not circulated.
  • the electronic control unit 100 sets the target value of the discharge flow rate of the water pump 40 as the target value for raising the temperature of the cylinder head 11 in the cold start state.
  • the target value for raising the temperature of the cylinder head 11 is a flow rate as small as possible within a range where the temperature change of the cylinder head 11 can be detected by the first temperature sensor 81 and the occurrence of the temperature variation of the cylinder head 11 can be suppressed. For example, it is set to about 3 liters / second to 10 liters / second. That is, in the cold start state, the electronic control unit 100 selects the first pattern, and further suppresses the discharge flow rate of the water pump 40 to promote the temperature rise of the cylinder head 11, thereby improving the combustibility early. The goal is to improve fuel efficiency by
  • the cooling capacity of the cylinder head 11 is lowered and the temperature rise of the cylinder head 11 can be promoted, but the cooling water stagnates in the cooling water passage 61 As a result, the detection accuracy of the temperature of the cylinder head 11 by the first temperature sensor 81 may be lowered, and temperature variations may occur to cause thermal distortion. Therefore, the cooling water is circulated at a minimum flow rate such that the temperature change of the cylinder head 11 can be detected by the first temperature sensor 81 and the occurrence of thermal distortion can be suppressed. Furthermore, by suppressing the heat radiation from the cooling water circulated in the cooling water passage 61 of the cylinder head 11, the temperature rise of the cylinder head 11 can be promoted.
  • the electronic control unit 100 includes a third cooling fluid, which is a route in which the heater core 91 or the like is interposed, so that the cooling water passage 61 does not include a device for taking heat from the cooling water.
  • Line, second coolant line which is a path through which the oil cooler 16 is interposed, first coolant line which is a path through which the radiator 50 is intervened, fourth coolant which is a path through which the oil warmer 21 is interposed Cut off the line.
  • the electronic control unit 100 can detect the temperature change of the cylinder head 11 with the first temperature sensor 81 and can suppress the occurrence of thermal distortion with the minimum flow rate of cooling water without passing through the radiator 50, the heater core 91, etc.
  • the temperature increase of the cylinder head 11 is promoted by circulating the coolant to the cooling water passage 61.
  • FIG. 4 shows changes in the coolant temperature of the heater core 91, the coolant temperature of the cylinder head 11, and the coolant temperature of the cylinder block 12 in a state in which the flow control valve 30 is controlled in the first pattern described above. .
  • the cooling water is circulated to the cylinder head 11 without passing through the radiator 50, the heater core 91, etc., the temperature of the cylinder head 11 is as fast as possible while suppressing the occurrence of thermal distortion. It can be raised at a speed.
  • the cooling water temperature of the cylinder block 12 also gradually rises due to the influence of convection from the cylinder head 11 and frictional heat.
  • FIG. 5 exemplifies switching of the flow control valve 30 in the cold start state.
  • the flow control valve 30 is held in the first pattern, and the discharge amount of the water pump 40 is thermally distorted.
  • the temperature rise of the cylinder head 11 is to be awaited by suppressing the generation to a small amount within the range that can be suppressed.
  • the electronic control unit 100 proceeds to step S503, and compares the water temperature TW1, that is, the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 with the second threshold TH2. Do.
  • the second threshold TH2 is a temperature higher than the first threshold TH1, and the temperature of the cylinder head 11 has risen to such an extent that sufficient combustibility can be obtained, in other words, the warm-up of the cylinder head 11 is completed.
  • the second threshold TH2 is, for example, a temperature within the range of 80 ° C. to 100 ° C. Then, if the water temperature TW1 has not reached the second threshold value TH2, the electronic control unit 100 returns to step S502 and continues control of the flow rate control valve 30 according to the first pattern.
  • the electronic control unit 100 continues the control in the first pattern for promoting the temperature rise of the cylinder head 11. Then, when the water temperature TW1 reaches the second threshold TH2, the electronic control unit 100 proceeds to step S504.
  • step S504 the electronic control unit 100 sets the target angle of the rotor of the flow control valve 30 according to the second pattern. That is, the electronic control unit 100 holds the first inlet port 31, the second inlet port 32, and the fourth inlet port 34 in the closed state, and sets the opening angle position of the third inlet port 33 to the target angle of the rotor. Do.
  • the flow control valve 30 closes all of the first inlet port 31, the second inlet port 32, the third inlet port 33 and the fourth inlet port 34 at one end of the variable range of the rotor angle, and from the angular position
  • the opening area of the third inlet port 33 is gradually increased while keeping the first inlet port 31, the second inlet port 32, and the fourth inlet port 34 in the closed state. ing. Therefore, the electronic control unit 100 directly switches from the first pattern to the second pattern by changing the angle of the flow control valve 30.
  • the circulation of the cooling water through the first inlet port 31, the second inlet port 32 and the fourth inlet port 34 is kept stopped.
  • circulation of cooling water via the third inlet port 33 is started.
  • the cooling water discharged from the water pump 40 passes through the seventh cooling water pipe 77, the cooling water passage 61, the fourth cooling water pipe 74, the flow rate control valve 30, and the sixth cooling water pipe 76, and the water pump
  • the path drawn again to 40 is circulated again, and a part of the cooling water discharged from the cooling water passage 61 is circulated through the first cooling water pipe 71 and the eighth cooling water pipe 78.
  • the supply of the cooling water to the first cooling liquid line, the second cooling liquid line and the fourth cooling liquid line is kept stopped, and the cooling water is supplied to the third cooling liquid line and the bypass line Is supplied.
  • the cooling water having passed through the cylinder head 11 is diverted to the fourth cooling water pipe 74, whereby the heater core 91 disposed in the fourth cooling water pipe 74, the EGR cooler 92, the exhaust gas recirculation control valve 93, Heat exchange between the throttle valve 94 and the cooling water takes place.
  • the cooling water circulates by bypassing the radiator 50, and the cooling water is not circulated through the second cooling water pipe 72 to the cylinder block 12 which has not sufficiently risen in temperature. Furthermore, the cooling water is not circulated to the oil oil warmer 21 disposed in the third cooling water pipe 73, and the temperature of the cooling water can be maintained high. Therefore, the cooling water having a sufficiently high temperature can be supplied to the fourth cooling water pipe 74 in which the heater core 91 and the like are arranged, and the rising response of heating due to heat exchange in the heater core 91 can be enhanced.
  • the electronic control unit 100 keeps the rotor angle of the flow control valve 30 along with the progress of warm-up to maintain the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 near the second threshold TH2.
  • the target of is gradually increased to increase the opening area of the third inlet port 33, and the discharge flow rate of the water pump 40 is gradually increased from the time of the first pattern.
  • the electronic control unit 100 sets the discharge flow rate of the water pump 40 to about 3 liters / second to about 10 liters / second in the first pattern and to about 10 liters / second to about 60 liters / second in the second pattern. increase.
  • the electronic control unit 100 increases the rotor angle of the flow control valve 30 with an angle at which the flow control valve switches to the third pattern, that is, before the rotor angle at which the first inlet port 31 starts to open.
  • the opening area of the third inlet port 33 is increased.
  • FIG. 7 shows changes in the coolant temperature of the heater core 91, the coolant temperature of the cylinder head 11, and the coolant temperature of the cylinder block 12 in a state in which the flow control valve 30 is controlled in the second pattern described above. .
  • the coolant temperature of the cylinder head 11 reaches around the second threshold TH2
  • switching from the first pattern to the second pattern is performed.
  • the cooling water having passed through the cylinder head 11 is supplied to the fourth cooling water pipe 74, whereby the temperature of the cooling water of the heater core 91 becomes high.
  • the air can be heated to high temperatures.
  • FIG. 5 shows the switching timing from the first pattern to the second pattern and the change in flow rate of the cooling water in the second pattern.
  • the electronic control unit 100 controls the flow rate control valve 30 in the second pattern, in order to suppress the temperature of the cylinder head 11 from becoming higher than the second threshold TH2, the third inlet port 33 A process of increasing the opening area of the water pump 40 and increasing the discharge amount of the water pump 40 is performed.
  • the electronic control unit 100 proceeds to step S505 in a state where the coolant is circulated through the heater core 91, and the water temperature detection signal TW2 of the second temperature sensor 82, that is, the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12, and the third threshold Compare with TH3.
  • the third threshold TH3 is set to a temperature that is the same as the second threshold TH2, or shifted to a side higher or lower by a predetermined temperature. Then, the electronic control unit 100 compares the third threshold value TH3 with the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 so that the temperature of the cylinder block 12 becomes the temperature at which the supply of cooling water to the cylinder block 12 is started. It is detected whether or not the cylinder block 12 has been warmed up.
  • step S504 While the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 falls below the third threshold TH3, that is, while the cylinder block 12 is being warmed up, the electronic control unit 100 returns to step S504 and follows the second pattern Control of the flow control valve 30 and control of the water pump 40 are continued. On the other hand, when the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 becomes equal to or higher than the third threshold TH3, the electronic control unit 100 proceeds to step S506.
  • step S506 the electronic control unit 100 sets the target angle of the rotor of the flow control valve 30 according to the third pattern. That is, the electronic control unit 100 keeps the second inlet port 32 and the fourth inlet port 34 of the flow control valve 30 closed, and keeps the opening area of the third inlet port 34 of the flow control valve 30 at the upper limit value.
  • the angular position at which the first inlet port 31 of the flow control valve 30 opens is set to the target angle of the rotor.
  • the electronic control unit 100 directly switches from the second pattern to the third pattern by changing the angle of the flow control valve 30.
  • the circulation of the cooling water through the second inlet port 32 and the fourth inlet port 34 is kept stopped, and the third inlet port While the circulation of the cooling water via 33 is continued, the circulation of the cooling water via the first inlet port 31 is started.
  • part of the cooling water discharged from the water pump 40 is again drawn to the water pump 40 via the cooling water passage 62, the second cooling water pipe 72, the flow control valve 30, and the sixth cooling water pipe 76. Will be cycled through.
  • the supply of cooling water to the first cooling fluid line and the fourth cooling fluid line is kept stopped, and the cooling water is supplied to the second cooling fluid line, the third cooling fluid line, and the bypass line. Is supplied.
  • part of the cooling water discharged by the water pump 40 is supplied to the cylinder block 12 so that the temperature of the cylinder block 12 is controlled.
  • the electronic control unit 100 gradually increases the target of the rotor angle of the flow control valve 30 in response to the rise of the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 and the first inlet port 31 And the discharge flow rate of the water pump 40 is gradually increased from the time of the second pattern.
  • the electronic control unit 100 increases the rotor angle of the flow control valve 30 to the angle position at which the fourth pattern is switched, in other words, before the rotor angle at which the second inlet port 32 starts to open.
  • the opening area of the first inlet port 31 is increased with the opening area at the limit value of the rotor angle in the third pattern as the upper limit value.
  • the electronic control unit 100 controls the flow control valve 30 and the water pump 40 according to the third pattern to control the supply of the cooling water to the cylinder block 12 to gradually increase the temperature of the cylinder block 12 toward the target value, The temperature of the cylinder block 12 is prevented from overshooting beyond the target value.
  • FIG. 9 shows changes in the coolant temperature of the cylinder head 11 and the coolant temperature of the cylinder block 12 in a state in which the flow control valve 30 is controlled in the third pattern described above.
  • the coolant temperature of the cylinder block 12 reaches around the third threshold TH3
  • switching from the second pattern to the third pattern is performed.
  • a part of the cooling water supplied to the cooling water passage 61 is divided into the cooling water passage 62 and circulated through the cooling water passage 62, the oil cooler 16, and the flow control valve 30.
  • the coolant temperature of the cylinder block 12 rises.
  • FIG. 5 shows the switching timing from the second pattern to the third pattern, and the flow rate change of the cooling water in the third pattern.
  • the electronic control unit 100 increases the opening area of the first inlet port 31 in order to suppress the temperature of the cylinder head 11 from becoming higher than the second threshold TH2, and the water pump 40
  • the temperature of the cylinder block 12 is gradually increased by performing a process of increasing the discharge amount of the cylinder block 12.
  • the electronic control unit 100 controls the flow control valve 30 according to the third pattern to circulate the cooling water to the cylinder block 12 and proceeds to step S507, and the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 and the fourth threshold Compare with TH4.
  • the target of the temperature of the cylinder block 12 which is higher than the second threshold TH2 which is the target temperature of the cylinder head 11 and which is higher than the third threshold TH3 which starts the cooling water supply to the cylinder block 12 It is a value, for example, set to a value of about 100.degree. C. to 110.degree. That is, while the target temperature of the cylinder head 11 is set for the purpose of suppression of preignition and knocking, the target temperature of the cylinder block 12 is set for the purpose of friction suppression and By increasing the target temperature of block 12, the reduction of friction is promoted.
  • step S506 If the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 falls below the fourth threshold TH4, the electronic control unit 100 returns to step S506 and continues control of the flow control valve 30 and the water pump 40 according to the third pattern. On the other hand, when the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 reaches the fourth threshold TH4, that is, the target temperature of the cylinder block 12, the electronic control unit 100 proceeds to step S508.
  • step S508 the electronic control unit 100 sets the rotor target angle of the flow control valve 30 according to the fourth pattern. That is, the electronic control unit 100 holds the fourth inlet port 34 in the closed state, holds the opening area of the third inlet port 34 at the upper limit value, and continues the opening area of the first inlet port 31 to the third pattern.
  • the angular position at which the opening area of the second inlet port 32 increases to the upper limit value is set as the target angle of the rotor.
  • the fourth inlet port 34 is closed, and the opening area of the third inlet port 34 is kept at the upper limit.
  • the opening area of the second inlet port 32 is opened up to the upper limit value, and the opening area of the first inlet port 31 is set to increase continuously to the third pattern. Therefore, the electronic control unit 100 directly switches from the third pattern to the fourth pattern by changing the angle of the flow control valve 30.
  • the circulation of the cooling water via the radiator 50 is not continued to the first pattern, the second pattern and the third pattern, but the transmission 20 and the oil warmer 21 As a result of the start of the supply of the cooling water to the cylinder block 12, the heater core 91, the oil warmer 21 and the bypass line are supplied with the cooling water.
  • the cooling water having passed through the cylinder head 11 is branched and flows into the fourth cooling water pipe 74, reaches the flow control valve 30 via the oil warmer 21, and is again the water pump Cooling water circulates in the path drawn to the 40.
  • heat exchange is performed between the hydraulic oil of the transmission 20 and the cooling water in the oil warmer 21, and the warm-up of the transmission 20 is promoted.
  • the electronic control unit 100 performs a process of opening the second inlet port 32 and a process of increasing the discharge amount of the water pump 40 more than in the case of the third pattern, and the first cooling water pipe 71 and the second cooling water pipe 72 A sufficient amount of cooling water is supplied to the third cooling water pipe 73 and the fourth cooling water pipe 74, respectively.
  • FIG. 11 shows changes in the temperature of the coolant in the oil warmer 21, the temperature of the coolant in the cylinder head 11, and the temperature of the coolant in the cylinder block 12 when the flow control valve 30 is controlled in the fourth pattern described above.
  • the flow control valve 30 is controlled in the fourth pattern described above.
  • FIG. 11 shows when the coolant temperature of the cylinder block 12 reaches around the fourth threshold TH4, the switching from the third pattern to the fourth pattern is performed. Then, in the fourth pattern, a portion of the cooling water supplied to the cooling water passage 61 is diverted to the third cooling water pipe 73 and flows to be circulated to the oil warmer 21. Cooling water temperature increases.
  • FIG. 5 shows the switching timing from the third pattern to the fourth pattern and the change in flow rate of the cooling water in the fourth pattern.
  • the electronic control unit 100 switches from the third pattern to the fourth pattern, opens the second inlet port 32 to a predetermined opening degree, and moves to the oil warmer 21.
  • the opening area of the first inlet port 31 is started in order to start the circulation of cooling water and keep the temperature of the cylinder head 11 near the second threshold TH2 and keep the temperature of the cylinder block 12 near the fourth threshold TH4. And control the discharge amount of the water pump 40.
  • step S509 After starting control of the flow control valve 30 according to the fourth pattern in step S508, the electronic control unit 100 proceeds to step S509, and the deviation ⁇ TC between the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 and the fourth threshold TH4. Further, a deviation ⁇ TB between the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 and the second threshold TH2 is calculated.
  • step S510 the electronic control unit 100 proceeds to step S510, and performs switching control of the control pattern of the flow control valve 30 based on the temperature deviations ⁇ TC and ⁇ TB obtained in step S509.
  • the rotor target angle of the control valve 30 is set in accordance with the fifth pattern, and when the load decreases, control is performed to return to the fourth pattern.
  • the electronic control unit 100 holds the opening area of the second inlet port 32 and the third inlet port 33 at the upper limit value, and the opening area of the first inlet port 31 continuously increases from the fourth pattern, The angular position at which the fourth inlet port 34 opens from fully closed is set to the target angle of the rotor.
  • the electronic control unit 100 directly switches from the fourth pattern to the fifth pattern by changing the angle of the flow control valve 30.
  • the electronic control unit 100 increases the discharge amount of the water pump 40 in accordance with the increase in the opening area of the fourth inlet port 31.
  • the electronic control unit 10 controls to keep both the water temperature TW2 at the outlet of the cylinder block 12 and the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 near the target temperature. Even when the temperature rise of the cylinder head 11 is prioritized and the temperature of the cylinder block 12 falls below the target value, if the temperature of the cylinder head 11 exceeds the target value, the fourth inlet port The increase of the opening area of 34 and the increase of the discharge rate of the water pump 40 are carried out. Thus, the temperature rise of the cylinder head 11 can be sufficiently suppressed in the high load range of the internal combustion engine 10, and the preignition and knocking can be suppressed. Therefore, the retardation correction amount of the ignition timing for suppressing the preignition and knocking can be reduced. The reduction in output performance of the internal combustion engine 10 can be suppressed.
  • FIG. 5 shows the switching timing from the fourth pattern to the fifth pattern and the flow rate change of the cooling water in the fifth pattern.
  • the electronic control unit 10 switches from the fourth pattern to the fifth pattern to start circulation of the cooling water via the radiator 50, and the opening area of the fourth inlet port 34 is set to the temperature of the cylinder head 11 or the cylinder block 12
  • the discharge amount of the water pump 40 is increased at the same time as the increase can be suppressed.
  • time t5 is a switching timing to a pattern that gives priority to suppression of the temperature rise of the cylinder head 11 over temperature holding of the cylinder block 12, and the electronic control device 10 operates the internal combustion engine 10 under high load. Then, the opening area of the fourth inlet port 34 is further increased, and the discharge amount of the water pump 40 is increased to suppress the temperature rise of the cylinder head 11. At this time, the temperature of the cylinder block 12 may fall below the target value by increasing the amount of cooling water flowing to the cylinder head 11 and increasing the amount of cooling water flowing to the cylinder block 12 as well. The process of reducing the opening area of the fourth inlet port 34 and the discharge amount of the water pump 40 is not performed even if priority is given to suppressing the temperature rise of the cylinder head 11 and the temperature of the cylinder block 12 is lower than the target temperature.
  • routine shown in the flowchart of FIG. 13 exemplifies control in idle reduction as an example of control of the flow control valve 30 performed by the electronic control unit 100.
  • the routine shown in the flowchart of FIG. 13 is interrupt-processed by the electronic control unit 100 based on an idle reduction command signal.
  • step S601 the electronic control unit 100 performs idle reduction control, specifically, control of stopping the fuel supply to the internal combustion engine 10 and stopping the ignition operation by the spark plug.
  • step S602 the electronic control unit 100 controls the rotor angle of the flow control valve 30 according to the fifth pattern described above, thereby opening each input port 31-34 of the flow control valve 30, and thus part of the cooling water. Is controlled to be circulated through the radiator 50.
  • the electronic control unit 100 increases the discharge amount of the water pump 40 to a target value in the idle reduction state, which is larger than the discharge amount in the fifth pattern described above.
  • the electronic control unit 100 proceeds to step S603 to detect whether the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 has fallen to the fifth threshold TH5 or less.
  • the fifth threshold TH5 may be, for example, a temperature that is equal to or lower than the second threshold TH2.
  • the electronic control unit 100 When the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 exceeds the fifth threshold TH5, the electronic control unit 100 returns the process to step S602 and circulates the cooling water by controlling the flow control valve 30 according to the fifth pattern. The temperature of the head 11 is lowered. Then, when the water temperature TW1 at the outlet of the cylinder head 11 becomes equal to or less than the fifth threshold TH5, the electronic control unit 100 proceeds from step S603 to step S604 and stops the water pump 40 or has the same degree as the first pattern. To the discharge flow rate of
  • the electronic control unit 100 controls the flow control valve 30 so that the cooling water is circulated via the radiator 50 in a predetermined period immediately after the internal combustion engine 10 is stopped by the idle reduction and the water pump 40 Can be suppressed to prevent the temperature of the cylinder head 11 from rising during idle reduction. Therefore, in the restart state of the internal combustion engine 10 from the idle reduction, the occurrence of pre-ignition and knocking can be suppressed, and good startability can be maintained.
  • FIG. 14 shows changes in the discharge amount of the water pump 40 and the temperature of the cylinder head 11 when the idle reduction is performed.
  • the electronic control unit 100 when idle reduction is started at time t6 and the operation of the internal combustion engine 10 is stopped, the electronic control unit 100 causes the flow control valve 30 to circulate cooling water according to the fifth pattern. And increase the discharge amount of the water pump 40. Then, at time t7, when the outlet water temperature TW1 of the cylinder head 11 becomes equal to or less than the fifth threshold TH5 and the temperature of the cylinder head 11 does not rise and change thereafter, the electronic control unit 100 generates the water pump 40. Reduce the amount of discharge.
  • the cooling water can be circulated only to the cylinder head 11 by the control of the flow control valve 30, and the cooling supplied to the cylinder head 11 by the control of the electric water pump 40. Since the flow rate of water can be controlled to an arbitrary flow rate, it is possible to obtain the improvement effect of the fuel efficiency by the early warm-up of the cylinder head 11.
  • the flow rate ratio of the cooling water supplied to the cylinder head 11 and the cylinder block 12 can be controlled by the control of the flow control valve 30, and the electric water pump 40 can reduce the rotational speed of the internal combustion engine 10, A high flow rate of cooling water can be circulated. Therefore, the temperatures of the cylinder head 11 and the cylinder block 12 can be controlled to different target temperatures, and the temperature of the cylinder block 12 can be positively controlled while suppressing the temperature of the cylinder head 11 to a temperature that can suppress preignition and knocking. To reduce the friction.
  • the cooling water can be circulated to the cylinder head 11 even when the internal combustion engine 10 is stopped by the electric water pump 40, the temperature rise of the cylinder head 11 during idle reduction is suppressed, and the preignition in the restart state is performed. The occurrence of knocking can be suppressed.
  • the heater can be operated early. Further, even while the internal combustion engine 10 is stopped, the electric water pump 40 can be driven to supply the cooling water having passed through the cylinder head 11 to the heater core 91 or the like to operate the heater.
  • the flow control valve 30 is not limited to the rotor type, and for example, a switching valve configured to linearly move the valve body by an electric actuator can be used.
  • the heater core 91 can be disposed in the fourth cooling water pipe 74. Further, in addition to the heater core 91, the fourth cooler water pipe 74, the EGR cooler 92, the exhaust gas recirculation control valve 93, the throttle valve One or two out of 94 can be arranged.
  • the inlet of the cooling water passage 62 is formed in the cylinder block 12
  • the cooling water pipe 77 can be branched into two on the way, and one can be connected to the cooling water passage 61 and the other can be connected to the cooling water passage 62.
  • the water pump 40 can be driven by the internal combustion engine 10.
  • the flow control valve 30 can distribute the flow rate, whereby the early stage of the cylinder head 11 is obtained. Besides enabling warm-up and early operation of the heater, it is possible to control the cylinder head 11 and the cylinder block 12 to different temperatures.
  • the oil cooler 16 may not be disposed in the second coolant line.
  • an auxiliary electric water pump can be disposed in the bypass line.
  • an engine drive type water pump driven by the internal combustion engine 10 can be provided in parallel with the electric water pump 40.

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Abstract

本願発明は、冷却装置及びその制御方法に関する。冷却装置は、シリンダヘッド（１１）及びラジエータ（５０）を経由する第１冷却液ライン（７１）と、シリンダブロック（１２）を経由しラジエータ（５０）を迂回する第２冷却液ライン（７２）と、第１冷却液ライン（７１）及び第２冷却液ライン（７２）が流入側に接続され、流出側が電動式ウォータポンプ（４０）の吸引側に接続される流量制御弁（３０）と、シリンダヘッド（１１）とラジエータ（５０）との間の第１冷却液ライン（７１）から分岐し、ラジエータ（５０）を迂回して流量制御弁（３０）の流出側に合流するバイパスライン（７８）と、を備える。そして、制御ユニット（１００）は、シリンダヘッド（１１）の温度及びシリンダブロック（１２）の温度に応じて流量制御弁を制御する。

Description

内燃機関の冷却装置及び冷却装置の制御方法
　本発明は、ウォータポンプによって冷却液を内燃機関に循環させる冷却装置及びその制御方法に関する。
　特許文献１には、ラジエータを通過して冷却水が流れるラジエータ冷却水回路と、ラジエータをバイパスするラジエータバイパス回路と、ラジエータバイパス回路に設けられ、冷却水およびエンジンの自動変速機の作動油の間で熱交換する熱交換器と、熱交換器の上流側およびラジエータ冷却水回路のラジエータの下流側部位を接続し、ラジエータを通過した冷却水を熱交換器に流入させるラジエータ下流側通路と、ラジエータバイパス回路およびラジエータ下流側通路の接続部に設けられ、熱交換器に流入する、ラジエータバイパス回路からの冷却水およびラジエータ下流側通路からの冷却水の流入割合を調整する流量調整手段と、を備えた冷却回路が開示されている。
特許第４１９６８０２号公報
　内燃機関の始動後の暖機運転中においては、シリンダヘッドの温度、換言すれば燃焼温度を早期に上昇させることで燃焼性が改善され、燃費性能や排気性状などを向上させることができる。
　また、内燃機関の暖機後においては、シリンダヘッドの温度上昇を抑制することでノッキングの発生を抑制できる一方で、シリンダブロックの温度を高めることでフリクションが低減され、燃費性能を向上させることができる。
　そこで、本発明は、シリンダヘッドの温度及びシリンダブロックの温度の制御性を高め、内燃機関の燃費性能などの向上に寄与できる、内燃機関の冷却装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
　そのため、本願発明に係る冷却装置は、内燃機関に冷却液を循環させるウォータポンプと、前記内燃機関のシリンダヘッド及びラジエータを経由する第１冷却液ラインと、前記内燃機関のシリンダブロックを経由し前記ラジエータを迂回する第２冷却液ラインと、前記第１冷却液ライン及び前記第２冷却液ラインがそれぞれ流入側に接続され、流出側が前記ウォータポンプの吸引側に接続される電動式の流量制御弁と、前記シリンダヘッドと前記ラジエータとの間の前記第１冷却液ラインから分岐し、前記ラジエータを迂回して前記流量制御弁の流出側に合流するバイパスラインと、を含む。
　また、本願発明に係る冷却装置の制御方法は、内燃機関に冷却液を循環させるウォータポンプと、前記内燃機関のシリンダヘッド及びラジエータを経由する第１冷却液ラインと、前記内燃機関のシリンダブロックを経由し前記ラジエータを迂回する第２冷却液ラインと、前記第１冷却液ライン及び前記第２冷却液ラインがそれぞれ流入側に接続され、流出側が前記ウォータポンプの吸引側に接続される電動式の流量制御弁と、前記シリンダヘッドと前記ラジエータとの間の前記第１冷却液ラインから分岐し、前記ラジエータを迂回して前記流量制御弁の流出側に合流するバイパスラインと、を含む冷却装置の制御方法であって、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度を検出するステップと、前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度を検出するステップと、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度及び前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度に基づいて前記流量制御弁を制御するステップと、を含む。
　上記発明によると、シリンダヘッドの温度及びシリンダブロックの温度の制御性が高くなり、内燃機関の燃費性能を向上させることができる。
本発明の一実施形態における内燃機関の冷却装置の概略図である。 本発明の一実施形態における流量制御弁の制御を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における冷却水の循環経路の第１パターンを示す状態図である。 本発明の一実施形態における循環経路の第１パターンでの温度変化を例示するタイムチャートである。 本発明の一実施形態における流量制御弁の切り替え制御を例示するタイムチャートである。 本発明の一実施形態における冷却水の循環経路の第２パターンを示す状態図である。 本発明の一実施形態における循環経路の第２パターンでの温度変化を例示するタイムチャートである。 本発明の一実施形態における冷却水の循環経路の第３パターンを示す状態図である。 本発明の一実施形態における循環経路の第３パターンにおける温度変化を例示するタイムチャートである。 本発明の一実施形態における冷却水の循環経路の第４パターンを示す状態図である。 本発明の一実施形態における循環経路の第４パターンにおける温度変化を例示するタイムチャートである。 本発明の実施形態における冷却水の循環経路の第５パターンを示す状態図である。 本発明の実施形態におけるアイドルストップ状態での流量制御弁の制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるアイドルストップ状態での冷却水の温度変化及びポンプの吐出流量の変化を示すタイムチャートである。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明に係る冷却装置の一例を示す構成図である。
　車両用の内燃機関１０は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を有する。内燃機関１０の出力軸には、動力伝達装置の一例としての変速機２０が接続され、変速機２０の出力が図示省略した駆動輪に伝達される。
　内燃機関１０の冷却装置は、冷却水（冷却液）を循環させる水冷式冷却装置である。冷却装置は、電気式アクチュエータによって動作する流量制御弁３０、モータで駆動される電動式のウォータポンプ４０、ラジエータ５０、内燃機関１０に設けた冷却水通路６０、これらを接続する配管７０で構成される。
　内燃機関１０のシリンダヘッド１１には、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の一方端に設けた冷却水入口１３と、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の他方端に設けた冷却水出口１４とを接続し、シリンダヘッド１１内に延設される冷却水通路６１を設けてある。
　また、内燃機関６０のシリンダブロック１２には、冷却水通路６１から分岐してシリンダブロック１２に至り、シリンダブロック１２内に延設されて、シリンダブロック１２に設けた冷却水出口１５に接続される冷却水通路６２を設けてある。シリンダブロック１２の冷却水出口１５は、冷却水出口１４が設けられる側と同じ気筒配列方向の端部に設けられる。
　このように、図１に例示した冷却装置において、シリンダブロック１２には、シリンダヘッド１１を経由して冷却水が供給され、シリンダヘッド１１のみを通過した冷却水は冷却水出口１４から排出され、シリンダヘッド１１に流入した後シリンダブロック１２内を通過した冷却水は冷却水出口１５から排出される。
　シリンダヘッド１１の冷却水出口１４には、第１冷却水配管７１の一端が接続され、第１冷却水配管７１の他端は、ラジエータ５０の冷却水入口５１に接続される。
　シリンダブロック１２の冷却水出口１５には、第２冷却水配管７２の一端が接続され、第２冷却水配管７２の他端は、流量制御弁３０の４つの入口ポート（流入孔）３１－３４のうちの第１入口ポート３１に接続される。
　第２冷却水配管７２の途中には、内燃機関１０の潤滑油を冷却するためのオイルクーラー１６を設けてある。オイルクーラー１６は、第２冷却水配管７２内を流れる冷却水と内燃機関１０の潤滑油との間で熱交換を行う。
　また、第３冷却水配管７３は、一端が第１冷却水配管７１に接続され、他端が流量制御弁３０の第２入口ポート３２に接続される。第３冷却水配管７３は途中には、変速機２０の作動油を加熱するためのオイルウォーマー２１が設けられる。
　オイルウォーマー２１は、第３冷却水配管７３内を流れる冷却水と変速機２０の作動油との間で熱交換を行う。つまり、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を分流させてオイルウォーマー２１に導き、オイルウォーマー２１において作動油を加熱させる。
　更に、第４冷却水配管７４は、一端が第１冷却水配管７１に接続され、他端が流量制御弁３０の第３入口ポート３３に接続される。
　第４冷却水配管７４には、各種の熱交換デバイスが設けられている。
　上記の熱交換デバイスとして、上流側から順に、車両暖房用のヒータコア９１、内燃機関１０の排気還流装置を構成する水冷式のＥＧＲクーラ９２、同じく排気還流装置において排気還流量を調整するための排気還流制御弁９３、内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットルバルブ９４が設けられている。
　ヒータコア９１は、第４冷却水配管７４内の冷却水と空調空気との間で熱交換を行わせ、空調空気を暖めるデバイスである。
　ＥＧＲクーラ９２は、排気還流装置によって内燃機関１０の吸気系に還流される排気と第４冷却水配管７４内の冷却水との間で熱交換を行わせ、還流される排気の温度を低下させるデバイスである。
　また、排気還流制御弁９３及びスロットルバルブ９４は、第４冷却水配管７４内の冷却水との間で熱交換を行うことで暖められるように構成され、これにより排気中や吸気中に含まれる水分が、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４の周辺で凍結することを抑制する。
　このように、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を分流させて、ヒータコア９１、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４に導き、これらとの間での熱交換を行わせる。
　また、第５冷却水配管７５は、一端がラジエータ５０の冷却水出口５２に接続され、他端が流量制御弁３０の第４入口ポート３４に接続される。
　流量制御弁３０は、１つの出口ポート（流出孔）３５を有し、この出口ポート３５には、第６冷却水配管７６の一端が接続される。第６冷却水配管７６の他端は、ウォータポンプ４０の吸込口４１に接続される。
　そして、ウォータポンプ４０の吐出口４２には第７冷却水配管７７の一端が接続され、第７冷却水配管７７の他端は、シリンダヘッド１１の冷却水入口１３に接続される。
　また、第８冷却水配管７８は、第１冷却水配管７１の第３冷却水配管７３、第４冷却水配管７４が接続される部分よりも下流側に一端が接続され、他端が第６冷却水配管７６に接続される。
　流量制御弁３０は、前述したように、４つの入口ポート（流入孔）３１－３４と１つの出口ポート（流出孔）３５とを備え、入口ポート３１－３４には冷却水配管７２，７３，７４，７５がそれぞれ接続され、出口ポート３５に第６冷却水配管７６が接続される。
　流量制御弁３０は、例えば回転式の流路切換バルブであり、複数のポート３１－３５が形成されたステータに、流路が設けられたロータを嵌装し、ロータを電動モータなどの電動アクチュエータで回転駆動してロータの角度位置を変更することで、ステータの各開口を接続する構成である。
　そして、係る回転式の流量制御弁３０では、ロータ角度に応じて４つの入口ポート３１－３４の開口面積割合が変化し、ロータ角度の選定によって所望の開口面積割合に制御できるようにロータの流路などが適合される。
　上記構成において、冷却水通路６１と第１冷却水配管７１とによって、シリンダヘッド１１及びラジエータ５０を経由する第１冷却液ラインが構成される。
　また、冷却水通路６２と第２冷却水配管７２とによって、シリンダブロック１２を経由しラジエータ５０を迂回する第２冷却液ラインが構成される。
　また、冷却水通路６１と第４冷却水配管７４とによって、シリンダヘッド１１及びヒータコア９１を経由しラジエータ５０を迂回する第３冷却液ラインが構成される。
　また、冷却水通路６１と第３冷却水配管７３とによって、シリンダヘッド１１及び変速機２０のオイルウォーマー２１を経由しラジエータ５０を迂回する第４冷却液ラインが構成される。
　更に、第８冷却水配管７８によって、シリンダヘッド１１とラジエータ５０との間の第１冷却液ラインから分岐し、ラジエータ５０を迂回して流量制御弁３０の流出側に合流するバイパスラインが構成される。
　つまり、流量制御弁３０は、上述した第１冷却液ライン、第２冷却液ライン、第３冷却液ライン及び第４冷却液ラインがそれぞれ流入側に接続され、流出側がウォータポンプ４０の吸引側に接続され、各冷却液ラインの出口の開口面積を調整することで、第１冷却液ライン、第２冷却液ライン、第３冷却液ライン及び第４冷却液ラインへの冷却水の供給量を制御する、流路の切り替え機構である。
　流量制御弁３０は、例えば、図５に例示したような複数の切替えパターン（切替え位置）を有し、電動アクチュエータでロータ角度を変更することで、これらの切替えパターンのいずれかに切り替わる構成である。
　即ち、流量制御弁３０は、ロータ角度がストッパで規制される基準角度位置から所定角度範囲内では、入口ポート３１－３４を全て閉じる。流量制御弁３０の入口ポート３１－３４が全て閉じる位置を、第１パターン若しくは第１位置と称する。
　なお、入口ポート３１－３４を全て閉じる状態は、各入口ポート３１－３４の開口面積を零とする状態の他、零よりも大きい最小開口面積とする状態、換言すれば、漏れ流量が発生する状態を含むものとする。
　上記入口ポート３１－３４を全て閉じられる角度よりもロータ角度を増加させると、ヒータコア冷却液ラインの出口が接続される第３入口ポート３３が一定開度にまで開くようになり、その後、ロータ角度の増大に対して前記一定の流量を保持する。
　上記の第３入口ポート３３が開く位置を、第２パターン若しくは第２位置と称する。
　第３入口ポート３３が一定開度にまで開く角度から更にロータ角度を増大させると、ブロック冷却液ラインの出口が接続される第１入口ポート３１が開き出し、第１入口ポート３１の開口面積は、ロータ角度の増大に応じて漸増する。
　上記の第１入口ポート３１が開く位置を、第３パターン若しくは第３位置と称する。
　第１入口ポート３１が開き出する角度よりもより大きな角度位置で、動力伝達系冷却液ラインの出口が接続される第２入口ポート３２が一定開度まで開き、その後、ロータ角度の増大に対して前記一定開度を保持する。
　上記の第２入口ポート３２が開く位置を、第４パターン若しくは第４位置と称する。
　更に、第２入口ポート３２が一定開度まで開く角度よりも大きな角度位置で、ラジエータ冷却液ラインの出口が接続される第４入口ポート３４が開き出し、第４入口ポート３４の開口面積は、ロータ角度の増大に応じて漸増する。
　上記の第４入口ポート３４が開く位置を、第５パターン若しくは第５位置と称する。
　冷却水出口１４近傍の第１冷却水配管７１内の冷却水温度、つまり、シリンダヘッド１１の出口付近の冷却水の温度を検出する第１温度センサ８１と、冷却水出口１５近傍の第２冷却水配管７１内の冷却水温度、つまり、シリンダブロック１２の出口付近で冷却水の温度を検出する第２温度センサ８２とを設けてある。
　第１温度センサ８１の水温検出信号ＴＷ１及び第２温度センサ８２の水温検出信号ＴＷ２は、マイクロコンピュータを備える電子制御装置（コントローラ、制御ユニット）１００に入力される。そして、電子制御装置１００は、ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０に操作信号を出力して、ウォータポンプ４０の吐出量、流量制御弁３０の位置（切替えパターン）を制御する。
　また、電子制御装置１００は、内燃機関１０の燃料噴射装置１７、点火装置１８を制御する機能を有し、また、車両の信号待ちの場合などに内燃機関１０を一時的に停止させる機能（アイドルリダクション機能）を有している。
　なお、内燃機関１０の制御機能を有する電子制御装置を、電子制御装置１００とは別に設け、機関制御用の電子制御装置と、ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０を制御する冷却系の電子制御装置１００との間で相互通信が行われるよう構成することができる。
　次に、電子制御装置１００によるウォータポンプ４０及び流量制御弁３０の制御について説明する。
　電子制御装置１００は、以下で詳細に説明するように、内燃機関１０の暖機の進行に伴って、流量制御弁３０のロータ角度（切替えパターン）を順次切替えると共にウォータポンプ４０の吐出量を変化させる機能を有し、また、シリンダヘッド１１の温度を目標値に近づける機能、シリンダブロック１２の温度を目標値に近づける機能を有している。
　図２のフローチャートは、電子制御装置１００によるウォータポンプ４０及び流量制御弁３０の制御の一例を示す。電子制御装置１００は、図２のフローチャートに示すルーチンを所定時間毎の割り込み処理によって実施する。
　まず、ステップＳ５０１で、電子制御装置１００は、内燃機関１０が冷機状態で始動されたか、又は、運転停止直後の再始動状態であって内燃機関１０の温度が高い始動状態であるかを、第１温度センサ８１が検出した水温ＴＷ１、つまり、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１と、第１閾値ＴＨ１とを比較して判別する。
　そして、水温ＴＷ１が第１閾値ＴＨ１を下回る冷機状態で内燃機関１０が始動された場合、電子制御装置１００は、ステップＳ５０２へ進む。
　一方、水温ＴＷ１が第１閾値ＴＨ１以上であり、暖機完了態で内燃機関１０が始動された場合、電子制御装置１００は、ステップＳ５０２－ステップＳ５０７を迂回してステップＳ５０８へ進む。
　冷始動状態であってステップＳ５０２へ進むと、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータ目標角度を第１パターンに従って設定する。
　つまり、電子制御装置１００は、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２、第３入口ポート３３及び第４入口ポート３４を全て閉じる角度位置を、流量制御弁３０のロータの目標角度に設定する。
　係る目標角度の設定によって、図３に示すように、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２、第３入口ポート３３及び第４入口ポート３４を介した冷却水の循環が停止される。この場合、ウォータポンプ４０から吐出された冷却水は、第７冷却水配管７７、冷却水通路６１、第１冷却水配管７１、第８冷却水配管７８を経由し、ウォータポンプ４０に再度吸引される経路を循環することになる。
　換言すれば、第１パターンでは、第１冷却液ライン、第２冷却液ライン、第３冷却液ライン及び第４冷却液ラインへの冷却水の供給は停止され、バイパスラインにのみ冷却水が供給される。
　これにより、シリンダヘッド１１を通過した冷却水は、ラジエータ５０を迂回して再度シリンダヘッド１１に循環され、シリンダブロック１２、オイルクーラー１６、オイルウォーマー２１、ヒータコア９１、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４には、冷却水が循環されない状態となる。
　また、第１パターンにおいて、電子制御装置１００は、ウォータポンプ４０の吐出流量の目標値を、冷始動状態でシリンダヘッド１１の温度を上昇させるための目標値とする。このシリンダヘッド１１の温度を上昇させるための目標値は、シリンダヘッド１１の温度変化を第１温度センサ８１で検知でき、かつ、シリンダヘッド１１の温度ばらつきの発生を抑制できる範囲内でなるべく少ない流量に設定され、例えば、３リットル／秒から１０リットル／秒程度に設定される。
　つまり、電子制御装置１００は、冷始動状態において、第１パターンを選択し、更に、ウォータポンプ４０の吐出流量を低く抑えることで、シリンダヘッド１１の温度上昇を促進させ、燃焼性を早期に向上させることで、燃費改善を図ることを目的とする。
　冷却水通路６１への冷却水の供給を停止させれば、シリンダヘッド１１の冷却能力が低下し、シリンダヘッド１１の温度上昇を促進させることができるが、冷却水通路６１内で冷却水が滞ると、第１温度センサ８１によるシリンダヘッド１１の温度の検出精度が低下し、また、温度ばらつきが発生して熱歪みが発生する可能性がある。そこで、シリンダヘッド１１の温度変化を第１温度センサ８１で検知でき、かつ、熱歪みの発生を抑制できる程度の最低流量の冷却水を循環させる。
　更に、シリンダヘッド１１の冷却水通路６１に循環させる冷却水からの放熱を抑えることで、シリンダヘッド１１の温度上昇を促進できる。
　そこで、冷却水通路６１に冷却水を循環させる経路に、冷却水から熱を奪うデバイスが含まれないように、電子制御装置１００は、ヒータコア９１などが介装される経路である第３冷却液ライン、オイルクーラー１６が介装される経路である第２冷却液ライン、ラジエータ５０が介装される経路である第１冷却液ライン、オイルウォーマー２１が介装される経路である第４冷却液ラインを遮断する。
　これにより、シリンダヘッド１１の冷却水通路６１から排出された冷却水は、ラジエータ５０やヒータコア９１などを介さずにそのままウォータポンプ４０に戻され、冷却水通路６１に循環させる。
　上記のように、電子制御装置１００は、シリンダヘッド１１の温度変化を第１温度センサ８１で検出できかつ熱歪みの発生を抑制できる最小流量の冷却水を、ラジエータ５０やヒータコア９１などを介さずに冷却水通路６１に循環させることで、シリンダヘッド１１の温度上昇を促進させる。
　図４は、上記の第１パターンで流量制御弁３０を制御している状態でのヒータコア９１の冷却水温度、シリンダヘッド１１の冷却水温度、及び、シリンダブロック１２の冷却水温度の変化を示す。
　第１パターンでは、冷却水を、ラジエータ５０やヒータコア９１などを経由させずに、シリンダヘッド１１に循環させることから、シリンダヘッド１１の温度を、熱歪みの発生を抑制しつつ可及的に速い速度で上昇させることができる。
　なお、第１パターンでは、シリンダヘッド１１からの対流の影響や摩擦熱などによって、シリンダブロック１２の冷却水温度も徐々に上昇することになる。
　図５は、冷始動状態における流量制御弁３０の切り替えを例示するものであり、冷始動状態では、まず、流量制御弁３０を第１パターンに保持させると共に、ウォータポンプ４０の吐出量を熱歪みの発生を抑制できる範囲内の少ない量に抑え、シリンダヘッド１１の温度上昇を待つことになる。
　上記の第１パターンに従って流量制御弁３０を制御している状態で、電子制御装置１００はステップＳ５０３へ進み、水温ＴＷ１、つまり、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１と第２閾値ＴＨ２とを比較する。
　ここで、第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも高い温度であり、シリンダヘッド１１の温度が十分な燃焼性を得られる程度に上がったこと、換言すれば、シリンダヘッド１１の暖機完了を判定できるように適合される。なお、第２閾値ＴＨ２は、例えば、８０℃から１００℃までの範囲内の温度である。
　そして、水温ＴＷ１が第２閾値ＴＨ２に達していない場合、電子制御装置１００はステップＳ５０２に戻り、第１パターンに従った流量制御弁３０の制御を継続する。
　すなわち、ＴＷ１＜ＴＨ２が成立する状態は、十分な燃焼性が得られる温度にまでシリンダヘッド１１の温度が高くなっていない状態である。このため、電子制御装置１００は、シリンダヘッド１１の昇温を促進させるための第１パターンでの制御を継続する。
　そして、水温ＴＷ１が第２閾値ＴＨ２に達すると、電子制御装置１００は、ステップＳ５０４へ進む。
　ステップＳ５０４で、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータの目標角度を第２パターンに従って設定する。
　つまり、電子制御装置１００は、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を閉じた状態に保持し、第３入口ポート３３の開く角度位置を、ロータの目標角度に設定する。
　流量制御弁３０は、ロータ角度の可変範囲の一方端側で、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２、第３入口ポート３３及び第４入口ポート３４を全て閉じる状態となり、係る角度位置からロータ角度を変化させることで、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を閉じた状態に保持したまま、第３入口ポート３３の開口面積を徐々に増大させる設定となっている。
　従って、電子制御装置１００が、流量制御弁３０の角度を変化させることで、第１パターンから第２パターンに直接切り替わる。
　第２パターンに従った目標角度の設定によって、図６に示すように、第１入口ポート３１、第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を介した冷却水の循環は停止状態に保持される一方、第３入口ポート３３を介した冷却水の循環が開始される。
　これにより、ウォータポンプ４０から吐出された冷却水は、第７冷却水配管７７、冷却水通路６１、第４冷却水配管７４、流量制御弁３０、第６冷却水配管７６を経由し、ウォータポンプ４０に再度吸引される経路を循環するようになり、また、冷却水通路６１から排出された冷却水の一部は、第１冷却水配管７１、第８冷却水配管７８を介して循環される。
　換言すれば、第２パターンでは、第１冷却液ライン、第２冷却液ライン及び第４冷却液ラインへの冷却水の供給は停止状態に保持され、第３冷却液ライン及びバイパスラインに冷却水が供給される。
　第２パターンでは、シリンダヘッド１１を通過した冷却水が第４冷却水配管７４に分流されることで、第４冷却水配管７４に配置されるヒータコア９１、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４と冷却水との間の熱交換が行われるようになる。
　また、第２パターンでは、冷却水がラジエータ５０を迂回して循環し、また、十分に温度上昇していないシリンダブロック１２に第２冷却水配管７２を介して冷却水が循環されることがなく、更に、第３冷却水配管７３に配置されるオイルオイルウォーマー２１に冷却水が循環されず、冷却水温度を高く維持できる。
　従って、ヒータコア９１などが配置される第４冷却水配管７４に十分に高い温度の冷却水を供給でき、ヒータコア９１での熱交換による暖房の立ち上がり応答を高めることができる。
　係る第２パターンの設定状態で、電子制御装置１００は、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１を第２閾値ＴＨ２付近に維持するために、暖機の進行に伴い、流量制御弁３０のロータ角度の目標を徐々に増大させて第３入口ポート３３の開口面積を増やすと共に、ウォータポンプ４０の吐出流量を第１パターンのときから徐々に増大させる。
　例えば、電子制御装置１００は、ウォータポンプ４０の吐出流量を、第１パターンのときには３リットル／秒から１０リットル／秒程度とし、第２パターンのときには１０リットル／秒から６０リットル／秒程度にまで増やす。
　また、電子制御装置１００は、第２パターンにおいて、流量制御弁３０のロータ角度を、第３パターンに切り替わる角度位置、つまり、第１入口ポート３１が開き始めるロータ角度の手前を限度として増大させ、第３入口ポート３３の開口面積を増大させる。
　図７は、上記の第２パターンで流量制御弁３０を制御している状態でのヒータコア９１の冷却水温度、シリンダヘッド１１の冷却水温度、及び、シリンダブロック１２の冷却水温度の変化を示す。
　この図７に示すように、シリンダヘッド１１の冷却水温度が第２閾値ＴＨ２付近に達すると、第１パターンから第２パターンへの切り替えが行われる。そして、第２パターンでは、シリンダヘッド１１を通過した冷却水が第４冷却水配管７４に供給されるようになることで、ヒータコア９１の冷却水温度が高くなり、ヒータコア９１での熱交換による空調空気を高い温度に加熱できる。
　なお、流量制御弁３０が第２パターンで制御されている状態でも、シリンダヘッド１１からの対流の影響や摩擦熱などによって、シリンダブロック１２の冷却水温度も徐々に上昇することになる。
　図５には、第１パターンから第２パターンへの切り替えタイミングと、第２パターンでの冷却水の流量変化とを示してある。
　時刻ｔ０で内燃機関１０が始動されてから、時刻ｔ１でシリンダヘッド１１の温度が第２閾値ＴＨ２付近に達するまでの間は第１パターンに保持され、時刻ｔ１で第１パターンから第２パターンへの切り替えが行われる。
　そして、電子制御装置１００は、第２パターンで流量制御弁３０を制御しているときに、シリンダヘッド１１の温度が第２閾値ＴＨ２よりも高くなることを抑制するために、第３入口ポート３３の開口面積を増やし、また、ウォータポンプ４０の吐出量を増やす処理を実施する。
　電子制御装置１００は、ヒータコア９１に冷却水を循環させている状態でステップＳ５０５へ進み、第２温度センサ８２の水温検出信号ＴＷ２、つまり、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２と、第３閾値ＴＨ３とを比較する。
　第３閾値ＴＨ３は、第２閾値ＴＨ２と同じか若しくは所定温度だけ高い側若しくは低い側にずれた温度に設定される。
　そして、電子制御装置１００は、第３閾値ＴＨ３とシリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２とを比較することで、シリンダブロック１２の温度が、シリンダブロック１２への冷却水の供給を開始する温度に達したか否か、換言すれば、シリンダブロック１２の暖機が完了したか否かを検出する。
　電子制御装置１００は、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２が第３閾値ＴＨ３を下回る間、つまり、シリンダブロック１２の暖機中である場合には、ステップＳ５０４に戻り、第２パターンに従った流量制御弁３０の制御、及び、ウォータポンプ４０の制御を継続させる。
　一方、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２が第３閾値ＴＨ３以上になると、電子制御装置１００は、ステップＳ５０６へ進む。
　ステップＳ５０６で、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータの目標角度を第３パターンに従って設定する。
　つまり、電子制御装置１００は、流量制御弁３０の第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を閉じた状態に保持し、流量制御弁３０の第３入口ポート３４の開口面積を上限値に保持し、流量制御弁３０の第１入口ポート３１が開く角度位置を、ロータの目標角度に設定する。
　流量制御弁３０のロータ角度が第２パターンでの上限角度よりも増大すると、第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を閉じた状態に保持し、また、第３入口ポート３４の開口面積を上限値に保持した状態のまま、第１入口ポート３１の開口面積が徐々に増大するようになっている。従って、電子制御装置１００が、流量制御弁３０の角度を変化させることで、第２パターンから第３パターンに直接切り替わる。
　第３パターンに従った目標角度の設定によって、図８に示すように、第２入口ポート３２及び第４入口ポート３４を介した冷却水の循環は停止状態に保持され、かつ、第３入口ポート３３を介した冷却水の循環が継続される一方で、第１入口ポート３１を介した冷却水の循環が開始される。
　これにより、ウォータポンプ４０から吐出された冷却水の一部は、冷却水通路６２、第２冷却水配管７２、流量制御弁３０、第６冷却水配管７６を経由し、ウォータポンプ４０に再度吸引される経路を循環するようになる。
　換言すれば、第３パターンでは、第１冷却液ライン及び第４冷却液ラインへの冷却水の供給は停止状態に保持され、第２冷却液ライン、第３冷却液ライン及びバイパスラインに冷却水が供給される。
　これにより、第３パターンでは、ウォータポンプ４０が吐出した冷却水の一部がシリンダブロック１２に供給され、シリンダブロック１２の温度が制御されるようになる。
　係る第３パターンの設定状態で、電子制御装置１００は、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２の上昇に応じて、流量制御弁３０のロータ角度の目標を徐々に増大させて第１入口ポート３１の開口面積を増やすと共にウォータポンプ４０の吐出流量を第２パターンのときから徐々に増大させる。
　なお、第３パターンにおいて、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータ角度を、第４パターンに切り替わる角度位置、換言すれば、第２入口ポート３２が開き始めるロータ角度の手前を限度として増大させ、第１入口ポート３１の開口面積を、第３パターンでのロータ角度の限界値での開口面積を上限値として増大させる。
　電子制御装置１００は、第３パターンによる流量制御弁３０及びウォータポンプ４０の制御によってシリンダブロック１２への冷却水の供給を制御することで、シリンダブロック１２の温度を目標値に向けて漸増させ、シリンダブロック１２の温度が目標値を超えてオーバーシュートすることを抑制する。
　図９は、上記の第３パターンで流量制御弁３０を制御している状態でのシリンダヘッド１１の冷却水温度、及び、シリンダブロック１２の冷却水温度の変化を示す。
　この図９に示すように、シリンダブロック１２の冷却水温度が第３閾値ＴＨ３付近に達すると、第２パターンから第３パターンへの切り替えが行われる。そして、第３パターンでは、冷却水通路６１に供給された冷却水の一部が、冷却水通路６２に分流され、冷却水通路６２、オイルクーラー１６、流量制御弁３０を介して循環されるようになり、シリンダブロック１２の冷却水温度が上昇する。
　図５には、第２パターンから第３パターンへの切り替えタイミングと、第３パターンでの冷却水の流量変化とを示してある。
　時刻ｔ２でシリンダブロック１２の温度が第３閾値ＴＨ３付近に達すると、第２パターンから第３パターンへの切り替えが行われる。
　そして、第３パターンでは、シリンダヘッド１１の温度が第２閾値ＴＨ２よりも高くなることを抑制するために、電子制御装置１００は、第１入口ポート３１の開口面積を増やし、また、ウォータポンプ４０の吐出量を増やす処理を実施して、シリンダブロック１２の温度を漸増させるようにする。
　電子制御装置１００は、第３パターンに従って流量制御弁３０を制御してシリンダブロック１２に冷却水を循環させている状態でステップＳ５０７へ進み、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２と、第４閾値ＴＨ４とを比較する。
　第４閾値ＴＨ４は、シリンダヘッド１１の目標温度である第２閾値ＴＨ２よりも高く、かつ、シリンダブロック１２への冷却水供給を開始させる第３閾値ＴＨ３よりも高い、シリンダブロック１２の温度の目標値であり、例えば、１００℃から１１０℃程度の値に設定される。
　つまり、シリンダヘッド１１の目標温度は、プレイグニッションやノッキングの抑制を目的として設定されるのに対し、シリンダブロック１２の目標温度はフリクション抑制を目的として設定され、シリンダヘッド１１の目標温度よりもシリンダブロック１２の目標温度を高くすることでフリクションの低減を促進させる。
　シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２が第４閾値ＴＨ４を下回る場合、電子制御装置１００は、ステップＳ５０６に戻り、第３パターンに従った流量制御弁３０及びウォータポンプ４０の制御を継続させる。
　一方、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２が、第４閾値ＴＨ４、つまり、シリンダブロック１２の目標温度に達すると、電子制御装置１００はステップＳ５０８へ進む。
　ステップＳ５０８で、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータ目標角度を第４パターンに従って設定する。
　つまり、電子制御装置１００は、第４入口ポート３４を閉じた状態に保持し、第３入口ポート３４の開口面積を上限値に保持し、第１入口ポート３１の開口面積が第３パターンに引き続き増大し、また、第２入口ポート３２の開口面積が上限値にまで開く角度位置を、ロータの目標角度に設定する。
　流量制御弁３０のロータ角度を、第３パターンでの上限ロータ角度より増大させると、第４入口ポート３４を閉じた状態に、また、第３入口ポート３４の開口面積を上限値に保持した状態のまま、第２入口ポート３２の開口面積が上限値にまで開き、第１入口ポート３１の開口面積が第３パターンに引き続き増大する設定となっている。従って、電子制御装置１００が、流量制御弁３０の角度を変化させることで、第３パターンから第４パターンに直接切り替わる。
　係る第４パターンでは、図１０に示すように、ラジエータ５０を経由しての冷却水の循環は第１パターン、第２パターン及び第３パターンに引き続き行われないものの、変速機２０、オイルウォーマー２１への冷却水の供給が開始される結果、シリンダブロック１２、ヒータコア９１、オイルウォーマー２１及びバイパスラインに冷却水が供給されることになる。
　そして、第２入口ポート３２を開くことで、シリンダヘッド１１を通過した冷却水が分流して第４冷却水配管７４に流れ込み、オイルウォーマー２１を経由して流量制御弁３０に至り、再度ウォータポンプ４０に吸引される経路を冷却水が循環するようになる。これにより、オイルウォーマー２１において変速機２０の作動油と冷却水との間での熱交換が行われ、変速機２０の暖機が促進される。
　また、電子制御装置１００は、第２入口ポート３２を開く処理と共に、ウォータポンプ４０の吐出量を第３パターンの場合よりも増やす処理を行い、第１冷却水配管７１、第２冷却水配管７２、第３冷却水配管７３、第４冷却水配管７４それぞれに十分な量の冷却水が供給されるようにする。
　図１１は、上記の第４パターンで流量制御弁３０を制御している状態でのオイルウォーマー２１での冷却水温度、シリンダヘッド１１の冷却水温度、及び、シリンダブロック１２の冷却水温度の変化を示す。
　この図１１に示すように、シリンダブロック１２の冷却水温度が第４閾値ＴＨ４付近に達すると、第３パターンから第４パターンへの切り替えが行われる。そして、第４パターンでは、冷却水通路６１に供給された冷却水の一部が、第３冷却水配管７３に分流して流れ、オイルウォーマー２１に循環されるようになるため、オイルウォーマー２１での冷却水温度が増加する。
　図５には、第３パターンから第４パターンへの切り替えタイミングと、第４パターンでの冷却水の流量変化とを示してある。
　時刻ｔ３でシリンダブロック１２の温度が第４閾値ＴＨ４付近に達すると、電子制御装置１００は、第３パターンから第４パターンに切り替え、第２入口ポート３２を所定開度に開いてオイルウォーマー２１への冷却水循環を開始させると共に、シリンダヘッド１１の温度を第２閾値ＴＨ２付近に保持し、また、シリンダブロック１２の温度を第４閾値ＴＨ４付近に保持するために、第１入口ポート３１の開口面積を変化させ、また、ウォータポンプ４０の吐出量を制御する。
　電子制御装置１００は、ステップＳ５０８で第４パターンに従った流量制御弁３０の制御を開始した後、ステップＳ５０９へ進み、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２と第４閾値ＴＨ４との偏差ΔＴＣ、及び、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１と第２閾値ＴＨ２との偏差ΔＴＢを演算する。
　次いで、電子制御装置１００は、ステップＳ５１０へ進み、ステップＳ５０９で求めた温度偏差ΔＴＣ、ΔＴＢに基づき、流量制御弁３０の制御パターンの切り替え制御を実施する。
　つまり、電子制御装置１００は、内燃機関１０の負荷の増大によって、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２及び／又はシリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１が目標値よりも所定以上に高くなると、流量制御弁３０のロータ目標角度を第５パターンに従って設定し、負荷が小さくなると、第４パターンに戻す制御を行う。
　電子制御装置１００は、第５パターンにおいて、第２入口ポート３２及び第３入口ポート３３の開口面積を上限値に保持し、第１入口ポート３１の開口面積が第４パターンから引き続いて増大し、第４入口ポート３４が全閉から開く角度位置を、ロータの目標角度に設定する。
　つまり、流量制御弁３０のロータ角度を、第４パターンでの上限ロータ角度より増大させると、第２入口ポート３２及び第３入口ポート３３の開口面積を上限値に保持した状態のまま、第１入口ポート３１の開口面積が第４パターンでの上限ロータ角度での面積から更に増大し、また、並行して第４入口ポート３１が開いて徐々に開口面積を増大するとなっている。従って、電子制御装置１００が、流量制御弁３０の角度を変化させることで、第４パターンから第５パターンに直接切り替わる。
　第５パターンに従った目標角度の設定によって、図１２に示すように、ラジエータ５０を迂回して冷却水を循環させていた状態から、冷却水の一部がラジエータ５０を介して循環されるようになり、ラジエータ５０を通過する際に冷却水が放熱することで、内燃機関１０を冷却する能力が上がり、内燃機関１０が過熱することが抑制される。
　また、電子制御装置１００は、第４入口ポート３１の開口面積の増大に合わせて、ウォータポンプ４０の吐出量を増大させる。
　なお、電子制御装置１０は、第５パターンにおいて、シリンダブロック１２の出口での水温ＴＷ２及びシリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１を共に目標温度付近に保持するように制御するが、高負荷状態では、シリンダヘッド１１の温度上昇の抑制を優先させ、シリンダブロック１２の温度が目標値を下回ることになる場合でも、シリンダヘッド１１の温度が目標値を所定以上に上回る場合には、第４入口ポート３４の開口面積の増大及びウォータポンプ４０の吐出量の増大を実施する。
　これにより、内燃機関１０の高負荷域でシリンダヘッド１１の温度上昇を十分に抑え、プレイグニッションやノッキングを抑制できるから、プレイグニッションやノッキングを抑制するための点火時期の遅角補正量を低減でき、内燃機関１０の出力性能の低下を抑制できる。
　図５には、第４パターンから第５パターンへの切り替えタイミングと、第５パターンでの冷却水の流量変化とを示してある。
　例えば、時刻ｔ４にて、温度偏差ΔＴＣ、ΔＴＢが所定値を超えるようになった場合、つまり、ラジエータ５０を迂回した冷却水の循環では、シリンダヘッド１１やシリンダブロック１２の温度上昇を抑制できなくなると、電子制御装置１０は、第４パターンから第５パターンに切り替え、ラジエータ５０を経由した冷却水の循環を開始させ、第４入口ポート３４の開口面積を、シリンダヘッド１１やシリンダブロック１２の温度上昇を抑制できる程度にまで増大させ、並行してウォータポンプ４０の吐出量を増加させる。
　また、時刻ｔ５は、シリンダブロック１２の温度保持よりも、シリンダヘッド１１の温度上昇の抑制を優先させるパターンへの切り替わりタイミングであり、電子制御装置１０は、内燃機関１０が高負荷運転されるようになると、第４入口ポート３４の開口面積を更に増やし、かつ、ウォータポンプ４０の吐出量を増加させて、シリンダヘッド１１の温度上昇を抑制する。
　このとき、シリンダヘッド１１に流れる冷却水が増大すると共に、シリンダブロック１２に流れる冷却水も増大することで、シリンダブロック１２の温度が目標値よりも低下する場合があるが、電子制御装置１００は、シリンダヘッド１１の温度上昇の抑制を優先させ、シリンダブロック１２の温度が目標温度よりも下回っても、第４入口ポート３４の開口面積やウォータポンプ４０の吐出量を減らす処理は行わない。
　また、図１３のフローチャートに示すルーチンは、電子制御装置１００が実施する流量制御弁３０の制御の一例として、アイドルリダクションにおける制御を例示する。
　図１３のフローチャートに示すルーチンは、アイドルリダクションの指令信号に基づき、電子制御装置１００により割り込み処理される。
　まず、電子制御装置１００は、ステップＳ６０１で、アイドルリダクション制御、具体的には、内燃機関１０への燃料供給を停止し、また、点火プラグによる点火動作を停止させる制御を行う。
　次いで、ステップＳ６０２で、電子制御装置１００は、前述した第５パターンに従って流量制御弁３０のロータ角度を制御することで、流量制御弁３０の各入力ポート３１－３４を開き、冷却水の一部がラジエータ５０を介して循環される状態に制御する。更に、電子制御装置１００は、ウォータポンプ４０の吐出量を、前述した第５パターンでの吐出量よりも多い、アイドルリダクション状態での目標値にまで増やす。
　次いで、電子制御装置１００は、ステップＳ６０３に進み、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１が第５閾値ＴＨ５以下に低下したか否かを検出する。
　ここで、第５閾値ＴＨ５は、例えば、第２閾値ＴＨ２と同じか、第２閾値ＴＨ２を下回る温度とすることができる。
　シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１が第５閾値ＴＨ５を上回る状態では、電子制御装置１００は、ステップＳ６０２に戻って第５パターンに従って流量制御弁３０を制御することで冷却水を循環させ、シリンダヘッド１１の温度低下を図る。
　そして、シリンダヘッド１１の出口での水温ＴＷ１が第５閾値ＴＨ５以下になると、電子制御装置１００は、ステップＳ６０３からステップＳ６０４に進み、ウォータポンプ４０を停止させるか、若しくは、第１パターンと同程度の吐出流量にまで低下させる。
　アイドルリダクションに伴って冷却水の循環を停止させると、シリンダヘッド１１の温度が上昇し、内燃機関１０を再始動させるときに、プレイグニッションやノッキングが発生し易くなる。
　これに対し、アイドルリダクションによって内燃機関１０が停止した直後の所定期間において、電子制御装置１００が、ラジエータ５０を経由した冷却水の循環が行われるように流量制御弁３０を制御しかつウォータポンプ４０を駆動すれば、アイドルリダクション中にシリンダヘッド１１の温度が上昇することを抑制できる。従って、アイドルリダクションからの内燃機関１０の再始動状態で、プレイグニッションやノッキングが発生することを抑制し、良好な始動性を維持できる。
　図１４は、アイドルリダクションを行うときのウォータポンプ４０の吐出量、及び、シリンダヘッド１１の温度の変化を示す。
　図１４に示すように、時刻ｔ６にてアイドルリダクションが開始され、内燃機関１０の運転が停止すると、電子制御装置１００は、第５パターンに従ってラジエータ５０に冷却水を循環させる状態に流量制御弁３０を制御し、かつ、ウォータポンプ４０の吐出量を増大させる。
　そして、時刻ｔ７にてシリンダヘッド１１の出口水温ＴＷ１が第５閾値ＴＨ５以下になり、その後にシリンダヘッド１１の温度が上昇変化することがない状態になれば、電子制御装置１００は、ウォータポンプ４０の吐出量を減らす。
　以上のように、本発明に係る冷却装置では、流量制御弁３０の制御によってシリンダヘッド１１にのみ冷却水を循環させることができ、かつ、電動ウォータポンプ４０の制御によってシリンダヘッド１１に供給する冷却水の流量を任意の流量に制御することができるため、シリンダヘッド１１の早期暖機による燃費の改善効果を得ることができる。
　また、流量制御弁３０の制御によって、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とに供給される冷却水の流量割合を制御でき、また、電動ウォータポンプ４０によって内燃機関１０の低回転状態であっても、高い流量の冷却水を循環させることができる。
　従って、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２の温度をそれぞれに異なる目標温度に制御することができ、シリンダヘッド１１の温度をプレイグニッションやノッキングを抑制できる温度に抑えつつ、シリンダブロック１２の温度を積極的に高くしてフリクションの低減を図ることができる。
　また、電動ウォータポンプ４０により、内燃機関１０の停止中でもシリンダヘッド１１に冷却水を循環させることができるため、アイドルリダクション中におけるシリンダヘッド１１の温度上昇を抑制して、再始動状態でのプレイグニッションやノッキングの発生を抑制できる。
　また、早期暖機させたシリンダヘッド１１の通過した冷却水をヒータコア９１などに供給できたため、ヒータを早期に稼働させることができる。
　また、内燃機関１０の停止中でも電動ウォータポンプ４０を駆動させて、シリンダヘッド１１の通過した冷却水をヒータコア９１などに供給し、ヒータを稼働させることが可能である。
　以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
　例えば、流量制御弁３０は、ロータ式に限定されるものではなく、例えば、電気式アクチュエータによって弁体を直線運動させる構造の切替え弁を用いることができる。
　また、第４冷却水配管７４に、ヒータコア９１のみを配置する構成とすることができ、また、第４冷却水配管７４に、ヒータコア９１の他、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４のうちの１つ乃至２つを配置する構成とすることができる。
　また、シリンダブロック１２の冷却水通路６２とシリンダヘッド１１の冷却水通路６１とを内燃機関１０内で接続する通路を設けずに、冷却水通路６２の入口をシリンダブロック１２に形成し、第７冷却水配管７７を途中で２つに分岐させ、一方を冷却水通路６１に接続させ、他方を冷却水通路６２に接続させる配管構造とすることができる。
　また、ウォータポンプ４０を内燃機関１０で駆動される形式のものとすることができる。
　機関駆動式のウォータポンプ４０を用いる場合、ウォータポンプ４０の吐出量は、内燃機関１０の回転速度に依存することになるものの、流量制御弁３０によって流量分配を行えることで、シリンダヘッド１１の早期暖機、ヒータの早期稼働を実現できる他、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２をそれぞれに異なる温度に制御することが可能である。
　また、第１冷却液ライン－第４冷却液ラインのうちの第３冷却液ラインと第４冷却液ラインとのいずれか一方若しくは双方を省略した冷却装置とすることができる。
　また、第２冷却液ラインにオイルクーラー１６が配置されない構造とすることができる。
　また、バイパスラインに補助の電動式ウォータポンプを配置した構成とすることができる。また、内燃機関１０で駆動される機関駆動式のウォータポンプを電動式のウォータポンプ４０と並列に備える構成とすることができる。
　１０…内燃機関、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダブロック、１６…オイルクーラー、２０…変速機（動力伝達装置）、２１…オイルウォーマー、３０…流量制御弁、３１－３４…入口ポート、３５…出口ポート、４０…ウォータポンプ、５０…ラジエータ、６１…ヘッド側冷却水通路、６２…ブロック側冷却水通路、７１…第１冷却水配管、７２…第２冷却水配管、７３…第３冷却水配管、７４…第４冷却水配管、７５…第５冷却水配管、７６…第６冷却水配管、７７…第７冷却水配管、７８…第８冷却水配管、８１…第１温度センサ、８２…第２温度センサ、９１…ヒータコア、９２…ＥＧＲクーラ、９３…排気還流制御弁、９４…スロットルバルブ、１００…電子制御装置

Claims (17)

  1. 　内燃機関に冷却液を循環させるウォータポンプと、
    　前記内燃機関のシリンダヘッド及びラジエータを経由する第１冷却液ラインと、
    　前記内燃機関のシリンダブロックを経由し前記ラジエータを迂回する第２冷却液ラインと、
    　前記第１冷却液ライン及び前記第２冷却液ラインがそれぞれ流入側に接続され、流出側が前記ウォータポンプの吸引側に接続される電動式の流量制御弁と、
    　前記シリンダヘッドと前記ラジエータとの間の前記第１冷却液ラインから分岐し、前記ラジエータを迂回して前記流量制御弁の流出側に合流するバイパスラインと、
    　を含む、内燃機関の冷却装置。
  2. 　前記シリンダヘッド及びヒータコアを経由し前記ラジエータを迂回する第３冷却液ラインを更に含み、
    　前記流量制御弁の流入側に、前記第１冷却液ライン、前記第２冷却液ライン及び前記第３冷却液ラインが接続される、
    　請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  3. 　前記シリンダヘッド及び前記内燃機関の動力伝達装置を経由し前記ラジエータを迂回する第４冷却液ラインを更に含み、
    　前記流量制御弁の流入側に、前記第１冷却液ライン、前記第２冷却液ライン、前記第３冷却液ライン及び前記第４冷却液ラインが接続される、
    　請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
  4. 　前記流量制御弁は、流入側に接続される複数の冷却液ラインの全てを閉じる位置と、前記第２冷却液ラインを開いて他の冷却液ラインを閉じる位置と、流入側に接続される複数の冷却液ラインの全てを開く位置とを有する、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  5. 　前記流量制御弁は、流入側に接続される複数の冷却液ラインの全てを閉じる位置と、前記第３冷却液ラインを開いて他の冷却液ラインを閉じる位置と、前記第３冷却液ライン及び前記第２冷却液ラインを開いて他の冷却液ラインを閉じる位置と、流入側に接続される複数の冷却液ラインの全てを開く位置とを有する、請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
  6. 　前記流量制御弁は、前記第１冷却液ライン－第４冷却液ラインの全てを閉じる第１位置と、前記第３冷却液ラインを開いて前記第１冷却液ライン、前記第２冷却液ライン及び前記第４冷却液ラインを閉じる第２位置と、前記第２冷却液ライン及び前記第３冷却液ラインを開いて前記第１冷却液ライン及び前記第４冷却液ラインを閉じる第３位置と、前記第２冷却液ライン、前記第３冷却液ライン及び前記第４冷却液ラインを開いて前記第１冷却液ラインを閉じる第４位置と、前記第１冷却液ライン－前記第４冷却液ラインの全てを開く第５位置とを有する、請求項３記載の内燃機関の冷却装置。
  7. 　前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記流量制御弁の位置を、前記内燃機関の暖機の進行に伴って前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置、前記第４位置の順に変更する、
    　請求項６記載の内燃機関の冷却装置。
  8. 　前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度を検出する第１温度センサと、
    　前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度を検出する第２温度センサと、
    　を更に含む、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  9. 　前記シリンダヘッドに設けた第１冷却水通路と、前記第１冷却水通路から分岐して前記シリンダブロック内に延設される第２冷却水通路とを更に含む、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  10. 　前記ウォータポンプは電動ウォータポンプである、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  11. 　前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度が所定温度を下回るときに、前記流量制御弁の流入側に接続する全ラインを閉じる位置に前記流量制御弁を制御する、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  12. 　前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度が所定温度に達した後に、前記流量制御弁を制御して前記第３冷却液ラインに冷却液を供給する、
    　請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
  13. 　前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度が所定温度に達した後に、前記流量制御弁を制御して前記第２冷却液ラインに冷却液を供給する、
    　請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  14. 　前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度が第１温度になり、前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度が前記第１温度よりも高い第２温度になるように前記流量制御弁を制御する、
    　請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  15. 　前記ウォータポンプは電動ウォータポンプであり、
    　前記電動ウォータポンプを制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度の上昇に応じて前記電動ウォータポンプの吐出流量を増大させる、
    　請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  16. 　前記ウォータポンプは電動ウォータポンプであり、
    　前記電動ウォータポンプ及び前記流量制御弁を制御する制御ユニットを更に含み、
    　前記制御ユニットは、前記内燃機関が一時的に停止したときに、前記第１冷却液ラインに冷却液が供給されるように前記流量制御弁を制御し、前記電動ウォータポンプの吐出流量を増大させる、請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
  17. 　内燃機関に冷却液を循環させるウォータポンプと、
    　前記内燃機関のシリンダヘッド及びラジエータを経由する第１冷却液ラインと、
    　前記内燃機関のシリンダブロックを経由し前記ラジエータを迂回する第２冷却液ラインと、
    　前記第１冷却液ライン及び前記第２冷却液ラインがそれぞれ流入側に接続され、流出側が前記ウォータポンプの吸引側に接続される電動式の流量制御弁と、
    　前記シリンダヘッドと前記ラジエータとの間の前記第１冷却液ラインから分岐し、前記ラジエータを迂回して前記流量制御弁の流出側に合流するバイパスラインと、
    　を含む冷却装置の制御方法であって、
    　前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度を検出するステップと、
    　前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度を検出するステップと、
    　前記シリンダヘッドの出口での冷却液の温度及び前記シリンダブロックの出口での冷却液の温度に基づいて前記流量制御弁を制御するステップと、
    　を含む、内燃機関の冷却装置の制御方法。
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