WO2016076324A1 - 内燃機関の冷却制御装置及びその冷却制御方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、電動式ポンプにより冷却水を循環させ、且つ電動ファンでラジエータへ冷却風を供給して内燃機関を冷却するための制御を行う冷却制御装置に関する。この冷却制御装置は、内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備える。内燃機関が暖機完了後に停止するときに、ラジエータファンと電動式ポンプを駆動して内燃機関を冷却し、冷却媒体の温度が、機関停止したときよりも低下した場合に、電動式ポンプが作動している状態で、ラジエータファンを停止させる。

Description

内燃機関の冷却制御装置及びその冷却制御方法

　本発明は、電動式ポンプにより冷却水を循環させ、且つ電動ファンでラジエータへ冷却風を供給して内燃機関を冷却するための制御を行う冷却制御装置及びその冷却制御方法に関する。

　内燃機関（エンジン）の冷却性能は外気温の影響を受けるので、特許文献１では、エンジンの停止後に、冷却水の温度及びバッテリの電圧に加え、外気温の違いを加味して電動ポンプと電動ファンを制御している。この特許文献１では、イグニションスイッチがオフになると、電動式ポンプと電動ファンを作動させ、電動式ポンプを停止させた後に電動ファンを停止させる。

特開２０１２－１２７２６２号公報

　しかしながら、上記特許文献１の技術は、アイドルストップからの再始動時の水温センサの検出誤差や、水温センサの温度変化に対する検出応答の遅れについては考慮していない。このため、冷却効果の向上と電力消費の低減を両立させる、という観点からはまだ改良の余地がある。すなわち、水温センサは、配管内の温度ばらつきなどにより、冷却水が流動していないと正確な水温が測れないため、エンジン停止中に電動式ポンプを停止させると再始動時に検出誤差が大きくなる。また、シリンダヘッド部の温度変化の時定数は、水温センサの検知温度に対して３倍程度も速いため、エンジン停止による温度低下に対して水温センサの検出応答が遅れる。この結果、エンジンが再始動されたときに、ノック回避のために点火時期が遅角方向に過剰補正され、トルクが低下したり燃費が悪化したりする。

　本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる内燃機関の冷却制御装置及びその冷却制御方法を提供することにある。

　そのため、本発明の内燃機関の冷却制御装置は、内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、前記冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備え、前記内燃機関が暖機完了後に停止するときに、前記ラジエータファンと前記電動式ポンプを駆動して前記内燃機関を冷却し、前記冷却媒体の温度が、機関停止したときよりも低下した場合に、前記電動式ポンプが作動している状態で、前記ラジエータファンを停止させる。
　また、本発明の内燃機関の冷却制御方法は、内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、前記冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備えた内燃機関の冷却制御方法であって、前記内燃機関が暖機完了後に停止したときに、前記ラジエータファンと前記電動式ポンプを駆動して前記内燃機関を冷却することと、前記冷却媒体の温度が、機関停止したときよりも低下した場合に、前記電動式ポンプが作動している状態で、前記ラジエータファンを停止させること、とを具備する。

　本発明によれば、内燃機関が暖機完了後に停止するときに、ラジエータファンと電動式ポンプを駆動することで冷却効果を向上させることができる。また、冷却媒体の温度が機関停止するときよりも低下したときに、電力消費の少ない電動式ポンプを作動させて冷却媒体を循環させた状態で、電力消費の大きいラジエータファンを停止させることで電力消費の低減が図れる。しかも、電動式ポンプを駆動し続けることで、水温センサの温度検出精度の低下を抑制できると共に、冷却水を循環させ続けることで、温度変化の時定数の違いの影響を抑制できる。これによって、機関再始動時の点火時期の過剰補正を軽減し、トルクの低下や燃費の悪化を抑制できる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の冷却制御装置の概略構成図である。 図１に示した冷却制御装置におけるアイドルストップ時のウォーターポンプとラジエータファンの第１の制御動作を示すフローチャートである。 第１の制御動作における各信号のタイミングチャートである。 図１に示した冷却制御装置におけるアイドルストップ時のウォーターポンプとラジエータファンの第２の制御動作を示すフローチャートである。 第２の制御動作における各信号のタイミングチャートである。 図１に示した冷却制御装置におけるアイドルストップ時のウォーターポンプとラジエータファンの第３の制御動作について説明するためのタイミングチャートである。 図２に示した第１の制御動作の変形例の各信号のタイミングチャートである。 図２に示した第１の制御動作の変形例の車速と水温との関係を示す特性図である。 図４に示した第２の制御動作の変形例の各信号のタイミングチャートである。 図４に示した第２の制御動作の変形例の車速と水温との関係を示す特性図である。 ウォーターポンプ流量とシリンダヘッド流速との関係を示す特性図である。 ウォーターポンプ流量とラジエータファン駆動電圧との関係について説明するための特性図である。 従来と本発明における冷却効果について説明するためのタイミングチャートである。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の冷却制御装置の構成例を示している。車両用のエンジン（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を有し、エンジン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の出力が図示しない駆動輪に伝達される。
　エンジン１０の冷却装置は、冷却水（冷却媒体）を循環させる水冷式冷却装置であり、電気式アクチュエータによって動作する流量制御弁３０、電動モータで駆動される電動式のウォーターポンプ（電動式ポンプ）４０、ラジエータ５０、ラジエータファン５３、エンジン１０に設けた冷却水通路（冷却媒体通路）６０、これらを接続する配管７０などで構成される。

　エンジン１０には、冷却水通路６０として、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内に延設されるヘッド側冷却水通路６１を設けている。
　また、エンジン１０には、冷却水通路６０として、ヘッド側冷却水通路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に接続されるブロック側冷却水通路６２を設けている。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、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３１～３４（流入側）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、エンジン１０の潤滑油を冷却するためのオイルクーラー（Ｏ／Ｃ）１６を設けてあり、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エンジン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。この第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（Ｏ／Ｗ）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水冷式のオイルウォーマー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（Heater）９１、エンジン１０の排気還流装置を構成する水冷式のＥＧＲクーラ（ＥＲＧ／Ｃ）９２、同じく排気還流装置を構成する排気還流量を調整するための排気還流制御弁（ＥＧＲ／Ｖ）９３、及びエンジン１０の吸入空気量を調整するスロットルバルブ（Throttle）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エンジン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る。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、及びスロットルバルブ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、ウォーターポンプ４０の吸込口４１に接続される。
　そして、ウォーターポンプ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の第１冷却水配管７１に一端が接続され、他端が第６冷却水配管７６に接続される第８冷却水配管７８を設けている。
　流量制御弁３０は、前述したように、４つの入口ポート３１～３４と１つの出口ポート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（流量割合）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、ヘッド側冷却水通路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、ブロック側冷却水通路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、ヘッド側冷却水通路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。ヘッド側冷却水通路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、流出側はウォーターポンプ４０の吸引側に接続される。この流量制御弁３０は、各冷却液ラインの出口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（分配割合）を制御する流路切り替え機構である。

　流量制御弁３０は、複数の流路切替えパターンを備え、電動アクチュエータでロータ角度を変更することで、これらの流路切替えパターンのいずれかに切り替わる構成になっている。
　すなわち、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。
　なお、これら入口ポート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（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。
　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。

　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。
　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。

　冷却水出口１４の近傍に、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水温センサ（第１温度センサ）８１を設けている。水温センサ８１の水温検出信号ＴＷ１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、ウォーターポンプ４０及び流量制御弁３０に操作信号を出力して、ウォーターポンプ４０の吐出量、流量制御弁３０による流量割合を制御する。
　水温センサは、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水温センサ８１のみでも良いが、本例では更に冷却水出口１５近傍の第２冷却水配管７２内の冷却水温度を検出する水温センサ（第２温度センサ）８２も設けている。水温センサ８２の水温検出信号ＴＷ２は、電子制御装置１００に入力され、水温検出信号ＴＷ１に加えて水温検出信号ＴＷ２も考慮してウォーターポンプ４０の吐出量、流量制御弁３０による流量割合を制御するようになっている。
　このように、シリンダブロック１２の出口付近の冷却水の温度を検出する水温センサ８２を設けることで、シリンダブロック１２の温度コントロールが可能となり、エンジン１０のフリクション低減を図れるため、燃費を向上することができる。

　また、電子制御装置１００は、エンジン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エンジン１０を一時的に停止させるアイドルストップ制御機能を有している。
　なお、エンジン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、ウォーターポンプ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。

　更に、電子制御装置１００は、エンジン１０の暖機の進行に伴って、流量制御弁３０のロータ角度（流路切替えパターン）を順次切替えると共に、ウォーターポンプ４０の吐出量とラジエータファン５３による冷却風を変化させる機能を有する。そして、シリンダヘッド１１の温度とシリンダブロック１２の温度とをそれぞれの目標に制御するようになっている。

　次に、電子制御装置１００によるウォーターポンプ４０とラジエータファン５３の制御について詳しく説明する。図２は、アイドルストップ時の第１の制御動作を示している。まず、アイドルストップ（ＩＳ）要求があるか否かを判定し（ステップＳ１）、アイドルストップ要求がある場合には、水温センサで検出した冷却水温度（水温）が、アイドルストップ冷却要求水温（ＩＳ冷却要求水温）Ｔ１より高いか等しいか否かを判定する（ステップＳ２）。水温センサには、シリンダヘッド１１の出口付近の温度変化の大きい冷却水の温度を検出する第１温度センサ８１を用いても良いし、この第１温度センサ８１に加えて、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の検出温度を考慮しても良い。ここでは、温度センサ８１，８２を用いるものとして説明する。アイドルストップ要求がない場合には終了し、運転シーンやエンジン１０の状態に応じた冷却動作を行う。

　ステップＳ２において、温度センサ８１，８２で検出した冷却水温度が、ＩＳ冷却要求水温Ｔ１より高いか等しいと判定された場合には、ラジエータファン５３を高速（ＨＩ）駆動する（ステップＳ３）。また、電動式ウォーターポンプ（ＷＰ）４０を、内燃機関のアイドル運転で要求される吐出量よりも少ない流量１５～２５（第１所定流量）で冷却水を吐出するように駆動する（ステップＳ４）。
　一方、温度センサ８１，８２で検出した冷却水温度が、ＩＳ冷却要求水温Ｔ１より低いと判定された場合には、冷却は不要であるので終了する。

　ステップＳ５では、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より低いか否かを判定する（ステップＳ５）。低いと判定された場合には、ラジエータファン５３を低速（ＬＯ）駆動に切り換える（ステップＳ６）。高いか等しいと判定された場合には、ステップＳ３に戻ってラジエータファン５３を高速駆動すると共に、ウォーターポンプ４０を流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動して冷却を行う。

　次のステップＳ７で水温が上昇したか否かを判定し、上昇したと判定されると所定時間ラジエータファン５３を高速駆動する（ステップＳ８）。ステップＳ７で水温が上昇していないと判定されると、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ２）より低いか否かを判定する（ステップＳ９）。高いか等しいと判定された場合には、ラジエータファン５３を停止（ＯＦＦ）し（ステップＳ１０）、ウォーターポンプ４０を流量３Ｌ／ｍｉｎ（第２所定流量）で冷却水を吐出するように駆動して冷却を行う（ステップＳ１１）。この際、ウォーターポンプ４０の吐出流量は、最低吐出可能流量よりも大きくする。ステップＳ９で水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３より低いと判定された場合には、ステップＳ６に戻りステップＳ６～Ｓ９の動作を繰り返す。

　上述した第１の制御動作では、図３のタイミングチャートに示すように、時刻ｔ１に、電子制御装置１００からアイドルストップ要求が有り、この時の水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ１より高いと、ラジエータファン５３が高速で駆動されると共に、ウォーターポンプ４０が流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動される。時刻ｔ２に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ２より低くなると、ラジエータファン５３が低速駆動に切り換えられる。そして、時刻ｔ３に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３より低くなると、ラジエータファン５３が停止（ＯＦＦ）されると共に、ウォーターポンプ４０が流量３Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出する駆動に切り換えられる。
　なお、時刻ｔ２～ｔ３間（Δｔ）で水温が上昇する場合には、ラジエータファン５３が所定時間高速駆動に切り換えられる。

　上述した第１の制御動作によれば、冷却水（冷却媒体）がアイドルストップ（機関停止）するときよりも低いＩＳ冷却要求水温Ｔ３まで低下したときに、電力消費の少ないウォーターポンプ４０（電動式ポンプ）を作動させて冷却水（冷却媒体）を循環させた状態で、電力消費の大きいラジエータファン５３を停止させることで、冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる。
　しかも、エンジン（内燃機関）が暖機完了後にアイドルストップ（機関停止）するときに、ウォーターポンプ４０を低流量の冷却水を吐出するように駆動し続けることで、残熱により冷却水温が上昇するのを抑制しつつ、冷却水の配管内の温度ばらつきによる水温センサの温度検出精度の低下を抑制できる。これらにより、エンジン再始動時の点火時期の過剰補正を軽減し、トルクの低下や燃費の悪化を抑制できる。

　加えて、アイドルストップ時のラジエータファンの早期停止による静粛性の向上も図れる。また、高水温再始動時のプレイグニッションも抑制できる。
　なお、上記第１の制御動作では、ラジエータファンを３段切り換えする例を説明したが、更に段数を増やしてきめ細かな制御を行うようにしても良いのはもちろんである。

　図４は、アイドルストップ時のウォーターポンプ４０とラジエータファン５３の第２の制御動作を示している。まず、アイドルストップ（ＩＳ）要求があるか否かを判定し（ステップＳ２１）、アイドルストップ要求がある場合には、温度センサ８１，８２で検出した冷却水温度が、アイドルストップ冷却要求水温（ＩＳ冷却要求水温）Ｔ１より高いか等しいか否かを判定する（ステップＳ２２）。アイドルストップ要求がない場合には終了し、運転シーンやエンジン１０の状態に応じた冷却動作を行う。

　ステップＳ２２において、温度センサ８１，８２で検出した冷却水温度が、ＩＳ冷却要求水温Ｔ１より高いか等しいと判定された場合には、ラジエータファン５３をデューティＤ１で駆動する（ステップＳ２３）。デューティＤ１は、ラジエータファン５３を高速で駆動するためにデューティが大きく設定される。また、ウォーターポンプ４０を流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動する（ステップＳ２４）。
　一方、温度センサ８１，８２で検出した冷却水温度が、ＩＳ冷却要求水温Ｔ１より低いと判定された場合には、冷却は不要であるので終了する。

　ステップＳ２５では、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）より低いか否かを判定する（ステップＳ２５）。低いと判定された場合には、ラジエータファン５３をデューティＤ２に向かって減速する（ステップＳ２６）。高いか等しいと判定された場合には、ステップＳ２３に戻ってラジエータファン５３のデューティＤ１で高速駆動すると共に、ウォーターポンプ４０を流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動して冷却を行う。

　次のステップＳ２７で水温が上昇したか否かを判定し、上昇したと判定されると所定時間ラジエータファンを高速駆動する（ステップＳ２８）。ステップＳ２７で水温が上昇していないと判定されると、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ２）より低いか否かを判定する（ステップＳ２９）。高いか等しいと判定された場合には、ラジエータファン５３を停止し（ステップＳ３０）、ウォーターポンプ４０を流量３Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動して冷却を行う（ステップＳ３１）。ステップＳ２９で水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３より低いと判定された場合には、ステップＳ２６に戻りステップＳ２６～Ｓ２９の動作を繰り返す。

　上述した第２の制御動作では、図５のタイミングチャートに示すように、時刻ｔ１に、電子制御装置１００からアイドルストップ要求が有り、この時の水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ１より高いと、ラジエータファン５３が第１のデューティＤ１で駆動されると共に、ウォーターポンプ４０が流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動される。時刻ｔ２に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ２より低くなると、ラジエータファン５３を駆動する信号のデューティが第２のデューティＤ２に切り換えられる。そして、時刻ｔ３に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３より低くなると、ラジエータファン５３が停止されると共に、ウォーターポンプ４０が流量３Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出する駆動に切り換えられる。
　なお、時刻ｔ２～ｔ３間（Δｔ）で水温が上昇する場合には、ラジエータファン５３を駆動する信号のデューティＤ２を所定時間大きくする。

　上述した第２の制御動作であっても、基本的には第１の制御動作と同様な作用効果が得られる。すなわち、冷却水がアイドルストップするときよりも低いＩＳ冷却要求水温Ｔ３まで低下したときに、電力消費の少ない電動式のウォーターポンプ４０を作動させて冷却水を循環させた状態で、電力消費の大きいラジエータファン５３を停止させることで、冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる。

　また、エンジンが暖機完了後にアイドルストップするときに、ウォーターポンプ４０を低流量の冷却水を吐出するように駆動し続けることで、残熱により冷却水温が上昇するのを抑制しつつ、冷却水の配管内の温度ばらつきによる水温センサの温度検出精度の低下を抑制できる。これらにより、エンジン再始動時の点火時期の過剰補正を軽減し、トルクの低下や燃費の悪化を抑制できる。
　加えて、アイドルストップ時のラジエータファンの早期停止による静粛性の向上も図れる。また、高水温再始動時のプレイグニッションも抑制できる。

　図６は、第３の制御動作を示しており、冷却制御装置が電子制御サーモスタットを備えている場合に、アイドルストップ状態で冷却要求があると、ワックスに通電してサーモ開弁水温（制御水温）を下げるものである。水温がＩＳ冷却要求サーモ開弁水温に到達すると（時刻ｔ０）、電子制御装置１００の制御により電子制御サーモスタットに通電され、その後電子制御サーモスタットのリフト量が増大する（時刻ｔ１）。これによって、サーモ開弁水温が低下する。時刻ｔ２にアイドルストップ要求が有ると、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ１よりも高いことから、電子制御装置１００によりラジエータファン５３が高速駆動されると共に、ウォーターポンプ４０が流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動される。

　時刻ｔ３に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ２より低くなると、ラジエータファン５３が低速駆動に切り換えられる。そして、時刻ｔ４に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ３より低くなると、ラジエータファン５３が停止（ＯＦＦ）されると共に、ウォーターポンプ４０が流量３Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動に切り換えられる。
　上記第３の制御動作によれば、ウォーターポンプ４０とラジエータファン５３に加えて、電子制御サーモスタットの開弁水温を制御することで、第１、第２の制御動作よりも冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる。

　図７ａは、図２に示した第１の制御動作の変形例を示している。本変形例１は、第１の制御動作と同様にアイドルストップ時にウォーターポンプ４０とラジエータファン５３の駆動制御を行うだけでなく、車両の減速時に、アイドルストップ後の再加速に備えた先行冷却を行うものである。時刻ｔ５にスロットルが閉じられると、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ５よりも高ければ、ラジエータファン５３が高速で駆動されると共に、ウォーターポンプ４０が流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動される。このときのラジエータファン５３の制御は水温と車速に応じて決定し、例えば図７ｂに破線で示すように、所定値よりも水温が高ければ高速回転、低ければ低速回転で駆動する。

　時刻ｔ６に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ６より低くなると（Ｔ６＜Ｔ５）、ラジエータファン５３が低速駆動に切り換えられる。そして、時刻ｔ７に、スロットルが開くと、ウォーターポンプ４０の流量が増大され、水温は上昇を始める。
　このような制御方法によれば、アイドルストップ後の再加速に備えた先行冷却を行うことで、冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる。すなわち、アイドルストップ前の車両走行中にラジエータファン５３が停止している場合に、車両が減速してから停止するまでにラジエータファンの作動を開始することで、アイドルストップ後の冷却期間を短縮することができ、早期自動始動時のプレイグニッションを抑制することができる。また、アイドルストップ中のラジエータファンの作動時間が短縮でき、静粛性も向上できる。

　図８ａは、図４に示した第２の制御動作の変形例を示している。本変形例２は、第２の制御動作と同様にアイドルストップ時にウォーターポンプ４０とラジエータファン５３の駆動制御を行うだけでなく、車両の減速時に、アイドルストップ後の再加速に備えた先行冷却を行うものである。時刻ｔ５にスロットルが閉じられると、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ５よりも高ければ、ラジエータファン５３がデューティＤ２で駆動されると共に、ウォーターポンプ４０が流量１５～２５Ｌ／ｍｉｎで冷却水を吐出するように駆動される。このときのラジエータファン５３の制御は水温と車速に応じて決定し、例えば図８ｂに破線で示すように、デューティが大きい場合（ＤＵＴＹ大）には車速に拘わらず水温で決まり、デューティが小さい場合（ＤＵＴＹ小）には車速の上昇に伴って水温が増大する。

　時刻ｔ６に、水温がＩＳ冷却要求水温Ｔ６より低くなると（Ｔ６＜Ｔ５）、ラジエータファン５３がデューティＤ１での駆動に切り換えられる。そして、時刻ｔ７に、スロットルが開くと、ウォーターポンプ４０の流量が増大され、水温は上昇を始める。
　このような制御方法によれば、アイドルストップ後の再加速に備えた先行冷却を行うことで、冷却効果を向上しつつ電力消費の低減が図れる。

　図９は、ウォーターポンプ流量とシリンダヘッド流速との関係を示している。基本的に流量と流速は比例関係にあるが、流速を速めても放熱効果は鈍化することが知られている。具体的には、流速が０．７ｍ／ｓｅｃ以上では放熱効果が鈍化すると言われている。そこで、上述した実施形態では、破線で示すように流速が０．７ｍ／ｓｅｃのときのウォーターポンプ流量（１５～２５Ｌ／ｍｉｎ）を実験的に求め、アイドルストップ時にウォーターポンプ４０をこの流量に設定した。

　図１０は、本発明におけるウォーターポンプ流量とラジエータファン駆動電圧との関係を示している。ここでは、実線でアイドルストップから６０ｓｅｃ経過後の水温の変化を示しており、初期温度が異なる場合の変化である。また、破線はラジエータファン５３とウォーターポンプ４０の消費電力の和の変化を示している。ウォーターポンプ４０の流量を、破線で囲んだ領域ＡＡに示すように大きくしても冷却効果はあまり変わらず、電力消費が大きくなるのみである。また、水温低下後に、領域ＡＢに示すようにウォーターポンプ４０を停止させても消費電力の低下は小さい。

　これに対し、本発明では、冷却効果の向上と消費電力の削減を狙うため、一点鎖線で囲んだ領域ＢＡに示すようにウォーターポンプ４０の流量を設定し、その後ラジエータファンを停止させることで、領域ＢＡに示すようにウォーターポンプ４０の流量を低下させ、且つラジエータファン５３の駆動電圧を下げて消費電力を削減している。
　また、図１１のタイミングチャートに示すように、アイドルストップ中にも冷却することにより、点火時期を進角することができ、この点からも燃費の向上が図れる。例えば時刻ｔ１１にアクセルが閉じられ、時刻ｔ１２，ｔ１３間にアイドルストップし、時刻ｔ１３からアクセル操作が行われるものとする。

　このときの冷却水温度の変化は、冷却されない場合には破線で示すように高温状態を維持するのに対し、ラジエータファン５３とウォーターポンプ４０による冷却によって実線で示すように低下する。これによって、点火時期が進角する補正が行われ、トルクが上昇し、燃費も向上する。

　なお、上述した実施形態では、シリンダヘッド１１の温度とシリンダブロック１２の温度とをそれぞれの目標に制御する例を示したが、このようなシステム構成に限定されるものではない。内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備えた内燃機関の冷却制御装置であれば適用可能である。

　また、第１温度センサ８１でシリンダヘッド１１の出口付近の冷却水の温度、第２温度センサ８２でシリンダブロック１２の出口付近で冷却水の温度を検出する場合を例に取って説明したが、冷却水の温度が検出できれば他の場所に設けても良い。
　更に、電気式アクチュエータによって動作する流量制御弁３０を備えた冷却装置を例に取って説明したが、水冷式冷却装置であれば他の構造にも適用できる。

　１０…エンジン（内燃機関）、２０…変速機、３０…流量制御弁、４０…ウォーターポンプ（電動式ポンプ）、５０…ラジエータ、５３…ラジエータファン、６０…冷却水通路（冷却媒体通路）、８１，８２…温度センサ（水温センサ）、１００…電子制御装置

Claims (19)

1. 　内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、
   　前記冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備えた内燃機関の冷却制御装置であって、
   　前記内燃機関が暖機完了後に停止するときに、前記ラジエータファンと前記電動式ポンプを駆動して前記内燃機関を冷却し、
   　前記冷却媒体の温度が、機関停止したときよりも低下した場合に、前記電動式ポンプが作動している状態で、前記ラジエータファンを停止させる、内燃機関の冷却制御装置。
2. 　前記機関停止が、前記内燃機関が搭載された車両の速度の低下に伴って自動的に機関の作動を停止する自動停止であって、車両走行中に前記ラジエータファンが停止している場合は、車両が減速してから停止するまでに前記ラジエータファンの作動を開始する、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
3. 　前記電動式ポンプは、前記機関自動停止中に、前記内燃機関のアイドル運転で要求される吐出量よりも少ない第１所定流量の冷却媒体を吐出する、請求項２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 　前記冷却媒体温度の低下量に応じて、前記電動式ポンプを前記第１所定流量よりも少ない第２所定流量の冷却媒体を吐出するように駆動する、請求項３に記載の内燃機関の冷却制御装置。
5. 　前記機関停止が、前記内燃機関が搭載された車両の速度の低下に伴って自動的に機関の作動を停止する自動停止であって、前記内燃機関に対して自動停止要求があったときに、
   　前記冷却媒体の温度が自動停止時の第１冷却要求温度よりも高いか等しい場合に、前記ラジエータファンを高速駆動すると共に、前記電動式ポンプから前記内燃機関の自動停止時に要求される第１所定流量の冷却媒体を吐出して冷却し、
   　前記冷却媒体の温度が第１冷却要求温度よりも低い第２冷却要求温度に低下したときに、前記ラジエータファンを低速駆動に切り換え、
   　前記冷却媒体の温度が前記第２冷却要求温度よりも低く、且つ自動停止するときよりも低い第３冷却要求温度に低下したときに、前記ラジエータファンを停止させ、前記電動式ポンプから前記内燃機関の自動停止運転で要求される吐出量よりも少ない第２所定流量の冷却媒体を吐出して冷却する、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
6. 　前記車両の減速時に、自動停止運転後の再加速に備えた先行冷却を行う、請求項５に記載の内燃機関の冷却制御装置。
7. 　前記先行冷却は、スロットルが閉じられたときに、前記冷却媒体が第４冷却要求温度よりも高ければ、前記ラジエータファンが高速で駆動されると共に、前記ウォーターポンプが第１所定流量で冷却水を吐出するように駆動され、
   　前記冷却媒体が前記第４冷却要求温度よりも低い第５冷却要求温度よりも低くなったときに、前記ラジエータファンが低速駆動に切り換えられ、
   　前記スロットルが開くと、前記電動ポンプの流量が増大される、請求項６に記載の内燃機関の冷却制御装置。
8. 　前記ラジエータファンの制御は水温と車速に応じて決定され、所定値よりも水温が高ければ高速回転、低ければ低速回転で駆動する、請求項７に記載の内燃機関の冷却制御装置。
9. 　前記機関停止が、前記内燃機関が搭載された車両の速度の低下に伴って自動的に機関の作動を停止する自動停止であって、前記内燃機関に対して自動停止要求があったときに、
   　前記冷却媒体の温度が自動停止時の第１冷却要求温度よりも高いか等しい場合に、前記ラジエータファンを第１のデューティで駆動すると共に、前記電動式ポンプから前記内燃機関の自動停止時に要求される第１所定流量の冷却媒体を吐出して冷却し、
   　前記冷却媒体の温度が第１冷却要求温度よりも低い第２冷却要求温度に低下したときに、前記ラジエータファンを前記第１のデューティよりも小さい第２のデューティによる駆動に切り換え、
   　前記冷却媒体の温度が前記第２冷却要求温度よりも低く、且つ自動停止するときよりも低い第３冷却要求温度に低下したときに、前記ラジエータファンを停止させ、前記電動式ポンプから前記内燃機関の自動停止運転で要求される吐出量よりも少ない第２所定流量の冷却媒体を吐出して冷却する、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
10. 　前記車両の減速時に、自動停止運転後の再加速に備えた先行冷却を行う、請求項９に記載の内燃機関の冷却制御装置。
11. 　前記先行冷却は、スロットルが閉じられたときに、前記冷却媒体が第４冷却要求温度よりも高ければ、前記ラジエータファンが第２のデューティで駆動されると共に、前記ウォーターポンプが第１所定流量で冷却水を吐出するように駆動され、
    　前記冷却媒体が前記第４冷却要求温度よりも低い第５冷却要求温度よりも低くなったときに、前記ラジエータファンが停止され、
    　前記スロットルが開くと、前記電動ポンプの流量が増大される、請求項１０に記載の内燃機関の冷却制御装置。
12. 　前記ラジエータファンの制御は水温と車速に応じて決定され、所定値よりも水温が高ければ高速回転、低ければ低速回転で駆動する、請求項１１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
13. 　電子制御サーモスタットを更に備え、前記内燃機関が搭載された車両の速度の低下に伴って自動的に機関の作動を停止する自動停止状態で冷却要求があった場合に、前記電子制御サーモスタットの制御水温を下げる、請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
14. 　前記電子制御サーモスタットの制御水温は、ワックスに通電してサーモ開弁温度を下げるものである、請求項１３に記載の内燃機関の冷却制御装置。
15. 　前記電子制御サーモスタットのサーモ開弁温度は、前記冷却媒体の温度が自動停止時の第１冷却要求温度よりも低く、且つ前記ラジエータファンを低速駆動に切り換える第２冷却要求温度よりも高い、請求項１４に記載の内燃機関の冷却制御装置。
16. 　内燃機関に形成された冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる電動式ポンプと、前記冷却媒体を冷却するラジエータ及びラジエータファンと、を備えた内燃機関の冷却制御方法であって、
    　前記内燃機関が暖機完了後に停止したときに、前記ラジエータファンと前記電動式ポンプを駆動して前記内燃機関を冷却することと、
    　前記冷却媒体の温度が、機関停止したときよりも低下した場合に、前記電動式ポンプが作動している状態で、前記ラジエータファンを停止させること、
    　とを具備する内燃機関の冷却制御方法。
17. 　前記機関停止が、前記内燃機関が搭載された車両の速度の低下に伴って自動的に機関の作動を停止する自動停止であって、車両走行中に前記ラジエータファンが停止している場合は、車両が減速してから停止するまでに前記ラジエータファンの作動を開始する、請求項１６に記載の内燃機関の冷却制御方法。
18. 　前記電動式ポンプは、前記機関自動停止中に、前記内燃機関のアイドル運転で要求される吐出量よりも少ない第１所定流量の冷却媒体を吐出する、請求項１７に記載の内燃機関の冷却制御方法。
19. 　前記冷却媒体温度の低下量に応じて、前記電動式ポンプを前記第１所定流量よりも少ない第２所定流量の冷却媒体を吐出するように駆動する、請求項１８に記載の内燃機関の冷却制御方法。

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