JP2003083064A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量制御弁のフィードバック制御中において、
冷却水温を目標値へと制御する際の制御性が低下するの
を抑制することのできる内燃機関の冷却装置を提供す
る。 【解決手段】流量制御弁７のフィードバック制御中に
は、同弁７の開度について下限ガードが行われる。これ
により、開度変化に対してエンジン出口水温の変化が過
度に大若しくは小となる全閉付近の開度領域内にて流量
制御弁７の開度調整が行われることがなくなる。また、
フィードバック制御中にエンジン出口水温の傾向が上昇
傾向と下降傾向との間で反転したときには、エンジン出
口水温が目標値へと近づくように流量制御弁７の開度が
スキップ量Ｓ分だけ変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の冷却装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等に搭載される水冷式エ
ンジンの冷却装置は、同エンジンの冷却水循環経路中に
設けられて冷却水を冷却するラジエータと、このラジエ
ータを通過する冷却水の量を調整する流量制御弁とを備
えている。そして、内燃機関を冷却する冷却水の温度
は、ラジエータを通過する冷却水の量（以下、ラジエー
タ流量という）を流量制御弁の開度制御を通じて変更す
ることにより行われる。

【０００３】こうした流量制御弁の開度制御としては、
例えば特開平１０−３１７９６５号公報に示されるもの
が知られている。同公報に示される制御では流量制御弁
を冷却水低温時には全閉としてラジエータ流量を最少に
し、冷却水高温時には全開としてラジエータ流量を最大
とするようにしている。また、これら以外のときには冷
却水温が予め設定された目標値へと近づくよう、同冷却
水温に応じて流量制御弁の開度（ラジエータ流量）を調
整するフィードバック制御が行われる。

【０００４】従って、機関始動直後など冷却水温が低い
ときには流量制御弁が全閉状態とされ、内燃機関の速や
かな暖機が図られるようになる。そして、冷却水温があ
る程度高くなるとフィードバック制御が開始され、これ
により冷却水温が予め定められた目標値へと収束するた
め、冷却水温を目標値へと制御することができるように
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィードバ
ック制御中に、流量制御弁の開度が何らかの理由によっ
て全閉付近まで閉じ側に変化すると、その開度領域にて
冷却水温を目標値に近づけるための流量制御弁の開度調
整が行われる。しかし、こうした開度領域では、流量制
御弁の開度変化に対して冷却水の温度が過度に大きく変
化するために冷却水の温度にハンチングが生じ、流量制
御弁のフィードバック制御によって冷却水温を目標値へ
と制御する際の制御性が低下する。

【０００６】また、流量制御弁の流量特性によっては、
その低開度領域における開度変化に対してラジエータ流
量がほとんど変化しない。こうした開度領域では、流量
制御弁のフィードバック制御によって、例えば冷却水温
を目標値に向けて上昇側へと制御する場合には流量制御
弁の開度が閉じ側へと補正されるが、冷却水の温度がな
かなか変化せず、流量制御弁の開度が更に閉じ側へと過
補正される。このように流量制御弁の開度が過補正され
ると、その後、運転状態が変化してラジエータ流量を多
く必要とし流量制御弁の開度を開き側に補正するとき
に、開き側への補正が遅れるために冷却水温がオーバー
シュートし、流量制御弁のフィードバック制御によって
冷却水温を目標値へと制御する際の制御性が低下する。
逆に冷却水温を目標値に向けて低下側へと制御する場合
には流量制御弁の開度が開き側へと補正されるが、この
場合にも冷却水の温度がなかなか変化せず、流量制御弁
の開度が更に開き側へと過補正される。このように流量
制御弁の開度が過補正されると、その後、運転状態が変
化してラジエータ流量を多く必要とせず流量制御弁の開
度を閉じ側に補正するときに、閉じ側への補正が遅れる
ために冷却水温がアンダーシュートし、流量制御弁のフ
ィードバック制御によって冷却水温を目標値へと制御す
る際の制御性が低下する。

【０００７】更に、流量制御弁のフィードバック制御に
おいては、冷却水温を目標値に近づけるべく流量制御弁
の開度を調整してから、ラジエータ流量が変化して実際
に冷却水温が目標値へと近づくのに応答遅れがある。こ
うした応答遅れがあるために、上記フィードバック制御
中における冷却水温の目標値への収束性が低下し、同冷
却水温を目標値へと制御する際の制御性が低下すること
となる。

【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、流量制御弁のフィードバッ
ク制御中において、冷却水温を目標値へと制御する際の
制御性が低下するのを抑制することのできる内燃機関の
冷却装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機
関の冷却水循環経路中に設けられたラジエータを通過す
る冷却水の流量を調整する流量制御弁を備え、冷却水温
が目標値へと近づくように当該冷却水温に基づき前記流
量制御弁をフィードバック制御する内燃機関の冷却装置
において、前記フィードバック制御によって変化する前
記流量制御弁の開度を下限ガードする制御手段を備え
た。

【００１０】流量制御弁の低開度領域においては、流量
制御弁の開度変化に対して冷却水の温度変化が適切なも
のとならず、フィードバック制御中において冷却水を目
標値へと制御する際の制御性が低下する。しかし、上記
構成によれば、こうした低開度領域での流量制御弁の開
度調整が行われることはなくなる。このため、上記低開
度領域で冷却水温を目標値へと近づけるための流量制御
弁の開度調整が行われることに伴い、同冷却水温を目標
値へと制御する際の制御性が低下するのを抑制すること
ができる。

【００１１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記制御手段は、前記流量制御弁の開度
変化に対する冷却水温の変化が過度に大きくなる開度領
域まで当該流量制御弁の開度が閉じ側に変化しないよう
下限ガードを行うものとした。

【００１２】上記構成によれば、フィードバック制御中
に流量制御弁の開度が上述した開度領域に入ることが的
確に回避されるため、その開度領域に流量制御弁の開度
が入り、冷却水の温度がハンチングすることに伴い、フ
ィードバック制御により冷却水温を目標値へと制御する
際の制御性が低下するのを的確に抑制することができ
る。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、前記制御手段は、前記流量制御弁の開度
変化に対する冷却水温の変化が過度に小さくなる開度領
域まで当該流量制御弁の開度が閉じ側に変化しないよう
下限ガードを行うものとした。

【００１４】上記構成によれば、フィードバック制御中
に流量制御弁の開度が上述した開度領域に入ることが的
確に回避されるため、その開度領域に流量制御弁の開度
が入り、冷却水の温度がハンチングすることに伴い、フ
ィードバック制御により冷却水温を目標値へと制御する
際の制御性が低下するのを的確に抑制することができ
る。

【００１５】なお、上記開度領域としては、流量制御弁
の開度変化に対する冷却水の流量変化が過度に小さくな
る開度領域をあげることができる。請求項４記載の発明
では、内燃機関の冷却水循環経路中に設けられたラジエ
ータを通過する冷却水の流量を調整する流量制御弁を備
え、冷却水温が目標値へと近づくように当該冷却水温に
基づき前記流量制御弁をフィードバック制御する内燃機
関の冷却装置において、前記フィードバック制御中であ
って、冷却水温の上昇傾向から下降傾向への反転時には
前記流量制御弁の開度を所定量だけ閉じ側に変更し、冷
却水温の下降傾向から上昇傾向への反転時には前記流量
制御弁の開度を所定量だけ開き側に変更する制御手段を
備えた。

【００１６】上記構成によれば、フィードバック制御中
において、冷却水温の推移傾向が反転したとき、上記の
ように流量制御弁の開度を所定量だけ閉じ側又は開き側
に変更することで、流量制御弁の開度変化に対する冷却
水温の変化に応答遅れが生じるとしても、その応答遅れ
に伴い冷却水温を目標値へと制御する際の制御性が低下
するのを抑制することができる。

【００１７】請求項５記載の発明では、請求項４記載の
発明において、前記制御手段は、冷却水温の推移が上昇
傾向と下降傾向との間で反転して前記流量制御弁の開度
が所定量だけ変更された後、その変更後の開度を所定時
間保持するものとした。

【００１８】上記構成によれば、冷却水温の推移傾向の
反転に伴って所定量だけ変更される流量制御弁の開度
が、その変更後において所定時間保持されるため、冷却
水温を速やかに目標値へと近づけることができる。

【００１９】なお、流量制御弁の開度を保持する所定時
間としては、一定の時間を用いてもよいし、所定量の流
量制御弁の開度変更が行われてから冷却水温が目標値に
達するまでの時間としたり、推移傾向反転時における冷
却水温の目標値に対するずれ量に応じて可変設定される
所定時間としたりしてもよい。

【００２０】請求項６記載の発明では、請求項４又は５
記載の発明において、前記制御手段は、冷却水温の推移
が上昇傾向と下降傾向との間で反転したとき、前記循環
経路の冷却水流量に応じて可変となるスキップ量を用い
て前記流量制御弁の開度を閉じ側又は開き側に変更する
ものとした。

【００２１】流量制御弁の開度を変更したときの冷却水
温の変化量は、循環経路の冷却水流量に応じて異なるも
のとなる。上記構成によれば、循環経路の冷却水流量に
応じて可変となるスキップ量を用いて冷却水温の推移傾
向が反転したときの流量制御弁の開度変更が行われるた
め、その開度変更を循環経路の冷却水流量に関係なく適
切に行い、冷却水温を速やかに目標値へと近づけること
ができる。

【００２２】なお、冷却水流量に基づきスキップ量を可
変とする際には、流量センサ等により直接的に冷却水流
量を検出し、この検出値に基づきスキップ量を可変とす
ることが考えられる。また、これに代えて冷却水流量に
関係するパラメータに基づきスキップ量を可変としても
よい。例えば、冷却水循環経路の冷却水を内燃機関によ
って駆動されるウォータポンプで循環させている場合に
は、上記パラメータとして機関回転速度を用いることが
できる。

【００２３】請求項７記載の発明では、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明において、前記制御手段は、フィ
ードバック制御中に冷却水温が目標値から所定量以上離
れると、その時点から所定時間が経過した時点までの冷
却水温の変化量を測定し、その測定結果から冷却水温の
目標値側への変化量が所定値以上でない旨判断したとき
には、冷却水温を目標値に近づける方向に前記流量制御
弁の開度を補正するものとした。

【００２４】上記構成によれば、フィードバック制御中
において、冷却水温を目標値へと近づけることが緩やか
にしか行われないときや、冷却水温を目標値へと近づけ
られないとき、冷却水温を目標値に近づける方向への流
量制御弁の開度補正が実行され、これにより冷却水温が
速やかに目標値に近づけられるようになる。

【００２５】請求項８記載の発明では、請求項７記載の
発明において、前記流量制御弁の開度補正は、冷却水温
の目標値に対するずれ量に応じて可変とされる補正値を
用いて行われるものとした。

【００２６】上記構成によれば、冷却水温を目標値に近
づける方向への流量制御弁の開度補正を適切に実行し、
この開度補正により冷却水温を一層速やかに目標値へと
近づけることができるようになる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
自動車用エンジンに適用した第１実施形態について、図
１〜図７を参照して説明する。

【００２８】図１に示されるように、エンジン１の冷却
装置は、冷却水を循環させてエンジン１の内部を通過さ
せる循環経路２を備えている。この循環経路２には、エ
ンジン１によって駆動されるウォータポンプ３が設けら
れている。そして、ウォータポンプ３の駆動により循環
経路２内の冷却水が図中右回転方向に流れると、同冷却
水がエンジン１のシリンダブロックやシリンダヘッド
（共に図示せず）を通過し、そこでエンジン１と冷却水
との間の熱交換が行われるようになる。こうした熱交換
によりエンジン１が冷却される。

【００２９】循環経路２は、エンジン１の下流側で二つ
に分岐した後、ウォータポンプ３の上流側で一つに合流
している。分岐した循環経路２のうち、一方は冷却水を
ラジエータ４に流すとともに同ラジエータ４にて冷却さ
れた後の冷却水をエンジン１側に流すラジエータ通路５
となっている。また、分岐した循環経路２のうち、他方
はラジエータ４を迂回して冷却水をエンジン１側に流す
バイパス通路６となっている。ラジエータ通路５とバイ
パス通路６との合流部分には、それら通路５，６の冷却
水流量を調整する流量制御弁７が設けられている。な
お、流量制御弁７においては、その開度が大となるほど
ラジエータ通路５の冷却水流量が多くなるよう構成され
ている。

【００３０】そして、この流量制御弁７でラジエータ通
路５の冷却水流量を調整することにより、エンジン１を
冷却する冷却水の温度が制御されるようになる。即ち、
ラジエータ通路５の冷却水流量を多くすれば、循環経路
２内をエンジン１側に流れる冷却水のうち、ラジエータ
４にて冷却された冷却水の割合が大となることから、エ
ンジン１を冷却する冷却水の温度が低くなる。また、ラ
ジエータ通路５の冷却水流量を少なくすれば、循環経路
２内をエンジン１側に流れる冷却水のうち、ラジエータ
４にて冷却された冷却水の割合が小となることから、エ
ンジン１を冷却する冷却水の温度が高くなる。

【００３１】流量制御弁７は、自動車に搭載された電子
制御装置８によって駆動制御される。この電子制御装置
８には、以下に示す各種センサからの検出信号が入力さ
れる。

【００３２】・ラジエータ通路５内においてラジエータ
４の下流側部分の冷却水温を検出するラジエータ水温セ
ンサ９ ・循環経路２内においてエンジン１からの出口部分の冷
却水温を検出するエンジン水温センサ１０ ・自動車の運転者によって踏込操作されるアクセルペダ
ル１１の踏込量（アクセル踏込量）を検出するアクセル
ポジションセンサ１２ ・エンジン１の吸気通路１３に設けられたスロットルバ
ルブ１４の開度（スロットル開度）を検出するスロット
ルポジションセンサ１５ ・吸気通路１３内におけるスロットルポジションセンサ
１５よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュー
ムセンサ１６ ・エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１ａの回
転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ
１７ 電子制御装置８は、例えばエンジン始動時であってエン
ジン１の暖機が完了していないときには、流量制御弁７
を全閉状態としてエンジン１の暖機を促進させる。ま
た、エンジン１の暖機が完了したとき、例えば循環経路
２におけるエンジン１からの出口部分の冷却水温（エン
ジン出口水温）が８０℃以上になったときには、エンジ
ン出口水温が予め定められた目標値へと近づくよう同水
温に基づき流量制御弁７のフィードバック制御が行われ
る。なお、上記エンジン出口水温は、エンジン水温セン
サ１０からの検出信号に基づき求められる。

【００３３】こうしたフィードバック制御は、エンジン
出口水温等に基づき算出される指令開度Ａfin に基づき
流量制御弁の開度を調整することによって行われる。こ
こで、フィードバック制御に用いられる上記指令開度Ａ
fin の算出手順について、指令開度算出ルーチンを示す
図２のフローチャートを併せ参照して説明する。この指
令開度算出ルーチンは、電子制御装置８を通じて例えば
所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

【００３４】エンジン出口水温が８０℃以上であってフ
ィードバック条件が成立しているときには（Ｓ１０１：
ＹＥＳ）、指令開度Ａfin の算出に用いられる基本指令
開度Ａbse 、フィードバック補正値ｈ１、及び収束速度
補正値ｈ２が順次算出される（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）。
そして、これら基本指令開度Ａbse 、フィードバック補
正値ｈ１、及び収束速度補正値ｈ２に基づき、以下の式
（１）から指令開度Ａfin が算出されるようになる（Ｓ
１０５）。

【００３５】 Ａfin ＝Ａbse ＋ｈ１＋ｈ２ …（１） Ａfin ：指令開度 Ａbse ：基本指令開度 ｈ１ ：フィードバック補正値 ｈ２ ：収束速度補正値 上記基本指令開度Ａbse は、循環経路２におけるラジエ
ータ４からの出口部分の冷却水温（ラジエータ出口水
温）、エンジン回転速度、及びエンジン負荷に基づき求
められ、そのエンジン運転状態にあってエンジン１を冷
却するのに必要な理論上の流量制御弁７の開度を表す値
となる。

【００３６】なお、ラジエータ出口水温はラジエータ水
温センサ９からの検出信号に基づき求められ、エンジン
回転速度はクランクポジションセンサ１７からの検出信
号に基づき求められる。また、エンジン負荷は、エンジ
ン回転速度とエンジン１の吸入空気量に関係するパラメ
ータとに基づき求められる。こうしたパラメータとして
は、アクセルポジションセンサ１２からの検出信号に基
づき求められるアクセル踏込量、スロットルポジション
センサ１５からの検出信号に基づき求められるスロット
ル開度、及び、バキュームセンサ１６からの検出信号に
基づき求められる吸気圧などがあげられる。

【００３７】また、フィードバック補正値ｈ１は、エン
ジン出口水温とその目標値との差に基づき当該差がなく
なるよう「０」を基準として増減する値である。即ち、
フィードバック補正値ｈ１については、エンジン出口水
温が目標値よりも低いときには指令開度Ａfin を閉じ側
の値とすべく所定周期毎に所定量ｘづつ小さい値となっ
てゆき、エンジン出口水温が目標値よりも高いときには
指令開度Ａfin を開き側の値とすべく所定周期毎に所定
量ｘづつ大きい値となってゆくのである。

【００３８】更に、収束速度補正値ｈ２は、エンジン出
口水温の目標値への収束性を向上させるための補正値で
あって、後述する収束速度補正値算出ルーチン（図５及
び図６）によって算出される。

【００３９】このように算出される指令開度Ａfin に基
づき流量制御弁７の開度を制御することにより、エンジ
ン出口水温を目標値へと近づけることができるようにな
る。ただし、こうしたフィードバック制御中に、例えば
ラジエータ出口水温が低い、或いはエンジン１の運転状
態がエンジン発熱量の小さな運転状態であるといった何
らかの理由により、流量制御弁７の開度が全閉付近まで
閉じ側に変化し、その低開度領域で流量制御弁７の開度
調整が行われると、流量制御弁７の開度変化に対するエ
ンジン出口水温の変化が適切なものとならなくなる。

【００４０】こうした不都合が生じることには、流量制
御弁７の流量特性、即ち同弁７の開度変化に対するラジ
エータ通路５の冷却水流量の変化特性、及び同弁７の開
度変化に対するエンジン出口水温の変化特性が関係して
いる。ここで、上記のような不都合の発生原因について
図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４
は、エンジン運転状態が一定という条件下での流量制御
弁７の開度変化に対するラジエータ通路５の冷却水流量
の変化特性、及びエンジン出口水温の変化特性を示すも
のである。

【００４１】本実施形態の流量制御弁７においては、図
３に示されるように、その開度が大きくなるにつれてラ
ジエータ通路５の冷却水流量が一定の割合で多くなると
いう流量特性を有している。こうした流量特性を有する
流量制御弁７の開度が変化すると、エンジン出口水温は
図４に示されるように推移することとなる。即ち、流量
制御弁７の開度変化に対するエンジン出口水温の推移
が、流量制御弁７の全閉付近の開度領域（図４の領域
Ａ）で過度に急なものになるのである。このように、流
量制御弁７の低開度領域では、流量制御弁７の開度変化
に対してエンジン出口水温の変化が過度に大きくなり、
これが上記のような不都合の発生原因の一つとなってい
る。

【００４２】なお、これ以外の原因としては、流量制御
弁７の開度が低開度領域にあるときには、ラジエータ通
路５の冷却水流量が「０」又は微少量となることから、
エンジン１の排気管等の熱源によってラジエータ水温セ
ンサやエンジン水温センサ１０の周りに存在する冷却水
だけが部分的に温度上昇することが考えられる。即ち、
この場合には、水温センサ９，１０からの検出信号が不
適切なものとなることから、同検出信号に基づき行われ
るフィードバック制御も不適切になり、上記のような不
都合が生じるのである。

【００４３】本実施形態では、こうした実情に鑑みて、
指令開度算出ルーチン（図２）のステップＳ１０５で指
令開度Ａfin が算出された後、その指令開度Ａfin が領
域Ａ（低開度領域）内の値とならないよう当該指令開度
Ａfin について下限ガードを行う（Ｓ１０６）。そし
て、この下限ガードを行った後の指令開度Ａfin に基づ
き流量制御弁７を制御することで、全閉付近の領域Ａ内
でエンジン出口水温を目標値へと近づけるための流量制
御弁７の開度調整が行われることは抑制されるようにな
る。

【００４４】次に、収束速度補正値ｈ２を算出するため
のステップＳ１０４の処理について、時間経過に伴うエ
ンジン出口水温の推移を示す図７のグラフ、並びに、収
束速度補正値算出ルーチンを示す図５及び図６のフロー
チャートを参照して詳しく説明する。この収束速度補正
値算出ルーチンは、指令開度算出ルーチン（図２）のス
テップ１０４に進む毎に電子制御装置８を通じて実行さ
れる。

【００４５】収束速度補正値算出ルーチンにおいては、
エンジン出口水温の目標値への収束性を向上させるべき
状況であるか否かの判定が行われるが、この判定の実行
中であるか否かについてはフラグＦ１の値に基づき判断
される。そして、フラグＦ１が「０（否判定中）」であ
って（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、エンジン出口水温が目標値
から所定値ａ以上離れていないとき（Ｓ２０２：ＮＯ）
には、収束速度補正値ｈ２が「０」に設定され（Ｓ２１
１）、処理が指令開度算出ルーチン（図２）に戻され
る。従って、この場合にはエンジン出口水温の目標値へ
の収束性の向上が図られることはない。

【００４６】一方、ステップＳ２０２でエンジン出口水
温が所定値ａ以上離れた旨判断された場合には（図７の
タイミングＴ１）、そのときのエンジン出口水温が水温
ＴＨＷ１として記憶されるとともに（Ｓ２０３）、フラ
グＦ１が「１（判定中）」に設定される（Ｓ２０４）。
その後、フラグＦ１が「１」になってから所定時間ｔが
経過したとき（図７のタイミングＴ２）、Ｓ２０５で肯
定判定がなされてそのときのエンジン出口水温が水温Ｔ
ＨＷ２として記憶される（Ｓ２０６）。

【００４７】エンジン出口水温の目標値への収束性を向
上させるべき状況であるか否かの判定は、ステップＳ２
０８，Ｓ２０９（図６）にて上記水温ＴＨＷ１，ＴＨＷ
２に基づき行われる。こうした判定を行うに先立ちフラ
グＦ１が「０（否判定中）」に設定される（Ｓ２０
７）。上記ステップＳ２０８，Ｓ２０９では、以下の判
断に基づき、エンジン出口水温の目標値への収束性を向
上させるべき状況であるか否かの判定が行われる。

【００４８】・水温ＴＨＷ２が水温ＴＨＷ１よりも目標
値寄りの値ではないという状況が生じているか否か（Ｓ
２０８）、即ちエンジン出口水温を目標値へと近づけら
れないという状況が生じているか否か ・水温ＴＨＷ１と水温ＴＨＷ２との差（エンジン出口水
温の所定時間ｔが経過する間の変化量）が所定値ΔＴ未
満であるか否か（Ｓ２０９）、即ちエンジン出口水温を
目標値へと近づけることが緩やかにしか行われてないと
いう状況が生じているか否か そして、ステップＳ２０８とステップＳ２０９との両方
で否定判定がなされた場合には、エンジン出口水温の目
標値への収束性が低下しておらず、エンジン出口水温の
目標値への収束性を向上させるべき状況でない旨判断さ
れる。この場合には、収束速度補正値ｈ２が「０」に保
持された状態で、処理が指令開度算出ルーチン（図２）
に戻されることとなる。

【００４９】一方、ステップＳ２０８，Ｓ２０９のいず
れか一方で肯定判定がなされた場合には、エンジン出口
水温の目標値への収束性が低下した状態であって、エン
ジン出口水温の目標値への収束性を向上させるべき状況
である旨判定される。この場合には、そのときのエンジ
ン出口水温の目標値からのずれ量に基づき収束速度補正
値ｈ２が算出される。

【００５０】即ち、エンジン出口水温が目標値に対して
高温側にずれているときには、出口水温の目標値に対す
るずれ量が大となるほど、収束速度補正値ｈ２が「０」
に対してより大きな値（指令開度Ａfin を開き側にする
値）となるように算出される。また、エンジン出口水温
が目標値に対して低温側にずれているときには、出口水
温の目標値に対するずれ量が大となるほど、収束速度補
正値ｈ２が「０」に対してより小さい値（指令開度Ａfi
n を閉じ側にする値）となるように算出される。

【００５１】こうして収束速度補正値ｈ２の算出が行わ
れた後、処理が指令開度算出ルーチン（図２）に戻され
る。そして、この収束速度補正値ｈ２等から算出される
指令開度Ａfin に基づき流量制御弁７の開度を制御する
ことにより、エンジン出口水温の目標値への収束性が向
上する。その結果、エンジン出口水温が、例えば図７に
おいてタイミングＴ２以後の実線で示されるように、速
やかに目標値へと近づくようになる。

【００５２】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
示す効果が得られるようになる。 （１）流量制御弁７の制御に用いられる指令開度Ａfin
について、その値が全閉付近の開度領域（低開度領域）
であって流量制御弁７の開度変化に対しエンジン出口水
温が過度に大きく変化する開度領域（図４の領域Ａ）内
に入らないよう、下限ガードが行われる。従って、フィ
ードバック制御中に領域Ａ内で流量制御弁７の開度調整
が行われ、エンジン出口水温がハンチングすることに伴
い、フィードバック制御によりエンジン出口水温を目標
値へと制御する際の制御性が低下するのを的確に抑制す
ることができる。

【００５３】（２）フィードバック制御中において、エ
ンジン出口水温を目標値へと近づけることが緩やかにし
か行われないときや、エンジン出口水温を目標値へと近
づけられないとき、収束速度補正値ｈ２が「０」よりも
大きい値又は小さい値とされる。これにより、流量制御
弁７の開度（指令開度Ａfin ）がエンジン出口水温を目
標値へと近づける方向へと補正され、エンジン出口水温
が速やかに目標値へと近づけられるようになる。

【００５４】（３）エンジン出口水温の目標値への収束
性を向上させるのに用いられる上記収束速度補正値ｈ２
は、エンジン出口水温の目標値に対するずれに応じた可
変値として算出される。従って、エンジン出口水温を目
標値へと近づける方向への収束速度補正値ｈ２による流
量制御弁７の開度補正を適切に実行し、この開度補正に
よりエンジン出口水温を一層速やかに目標値へと近づけ
ることができるようになる。

【００５５】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について図８及び図９を参照して説明する。本実施
形態は、第１実施形態の流量制御弁とは異なる流量特性
を有する流量制御弁を採用し、それに応じて指令開度Ａ
fin に対する下限ガードの態様を変更したものである。

【００５６】図８及び図９は、エンジン運転状態が一定
という条件下における本実施形態の流量制御弁７の開度
変化に対するラジエータ通路５の冷却水流量の変化特
性、及びエンジン出口水温の変化特性を示すものであ
る。

【００５７】本実施形態の流量制御弁７においては、図
８に示されるように、その開度が大きくなるにつれてラ
ジエータ通路５の冷却水流量が徐々に多くなるのではあ
るが、低開度領域（図８の領域Ｂ）の一部では開度変化
に対する冷却水流量の変化がほぼ「０」となる流量特性
を有している。こうした流量特性を有する流量制御弁７
の開度が変化すると、エンジン出口水温は図９に示され
るように推移することとなる。即ち、流量制御弁７の開
度変化に対するエンジン出口水温の変化が、流量制御弁
７の低開度領域（図９の領域Ｂ）の一部で過度に緩やか
なもの（ほぼ「０」）になるのである。

【００５８】このように、上記流量制御弁７の低開度領
域の一部では流量制御弁７の開度変化に対してエンジン
出口水温の変化が過度に小さくなり、当該開度領域でフ
ィードバック制御によってエンジン出口水温を目標値へ
と近づけようとすると、同水温がなかなか変化しないこ
とから流量制御弁７の開度が過補正される。こうして流
量制御弁７の開度が過補正されると、その後、エンジン
１の運転状態が変化して流量制御弁７の開度を補正する
とき、補正が遅れることに伴いエンジン出口水温にオー
バーシュートやアンダーシュートが生じ、フィードバッ
ク制御によってエンジン出口水温を目標値へと制御する
際の制御性が低下する。

【００５９】本実施形態では、こうした実情に鑑みて、
指令開度Ａfin が領域Ｂ内の値とならないよう当該指令
開度Ａfin について下限ガードが行われる。そして、こ
の下限ガードを行った後の指令開度Ａfin に基づき流量
制御弁７を制御することで、領域Ｂ内でエンジン出口水
温を目標値へと近づけるための流量制御弁７の開度調整
が行われることは抑制されるようになる。

【００６０】この実施形態によれば、以下に示す効果が
得られるようになる。 （４）流量制御弁７の制御に用いられる指令開度Ａfin
について、その値が全閉付近の開度領域（低開度領域）
であって流量制御弁７の開度変化に対しエンジン出口水
温が過度に小さく変化する開度領域（図９の領域Ｂ）内
に入らないよう、下限ガードが行われる。従って、フィ
ードバック制御中に領域Ｂ内で流量制御弁７の開度調整
が行われ、流量制御弁７の開度が過補正されることに伴
い、フィードバック制御によりエンジン出口水温を目標
値へと制御する際の制御性が低下するのを的確に抑制す
ることができる。

【００６１】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について図１０〜図１４を参照して説明する。上述
したフィードバック制御においては、流量制御弁７の開
度を指令開度Ａfin に基づき調整してから、実際にエン
ジン出口水温が目標値へと近づくのに応答遅れがあり、
この応答遅れによりエンジン出口水温の目標値への収束
性が低下することとなる。本実施形態は、こうした収束
性の低下を抑制する目的のもとに、フィードバック制御
中にエンジン出口水温の推移が上昇傾向と下降傾向との
間で反転したとき、エンジン出口水温が目標値へと近づ
くように流量制御弁７の開度を後述するスキップ量Ｓの
分だけ変更するようにしたものである。

【００６２】流量制御弁７の開度は指令開度Ａfin に基
づき調整されることから、本実施形態においては指令開
度Ａfin が、基本指令開度Ａbse 、フィードバック補正
値ｈ１、収束速度補正値ｈ２の他に、上記スキップ量Ｓ
を加味して算出されることとなる。以下に上記指令開度
Ａfin を算出するための式（２）を示す。

【００６３】 Ａfin ＝Ａbse ＋ｈ１＋ｈ２＋Ｓ …（２） Ａfin ：指令開度 Ａbse ：基本指令開度 ｈ１ ：フィードバック補正値 ｈ２ ：収束速度補正値 Ｓ ：スキップ量 上記スキップ量Ｓは、初期値が例えば「０」であって、
フィードバック制御中にエンジン出口水温の推移が上昇
傾向から下降傾向へと反転したときに負の値として算出
され、下降傾向から上昇傾向へと反転したときには正の
値として算出される。従って、このように算出されるス
キップ量Ｓを用いて指令開度Ａfin を算出することで、
エンジン出口水温の推移傾向が反転したときには流量制
御弁７がスキップ量Ｓの分だけ変更されることとなる。

【００６４】ここで、上記スキップ量Ｓを用いた流量制
御弁７の開度変更の概要について、図１０のタイムチャ
ートを参照して説明する。図１０において、（ａ）は時
間経過に対する流量制御弁７の開度の推移を示し、
（ｂ）は時間経過に対するエンジン出口水温の推移を示
している。

【００６５】フィードバック制御中にエンジン出口水温
の推移が上昇傾向から下降傾向に反転したときには（タ
イミングＴ３）、エンジン出口水温が目標値よりも高い
状態にあることから、流量制御弁７の開度がスキップ量
Ｓの分だけ閉じ側に変更される。このときの流量制御弁
７の開度は、エンジン出口水温が目標値に達して同目標
値を通過する（タイミングＴ４）まで保持される。こう
してエンジン出口水温が目標値よりも高い値から速やか
に同目標値へと低下するようになる。上記のようにエン
ジン出口水温が目標値を通過すると（Ｔ４）、上記流量
制御弁７の開度保持が解除され、エンジン出口水温を目
標値へと近づけるための流量制御弁７の開度調整が再開
される。

【００６６】その後、エンジン出口水温が下降傾向から
上昇傾向に反転すると（タイミングＴ５）、エンジン出
口水温が目標値よりも低い状態にあることから、流量制
御弁７の開度がスキップ量Ｓの分だけ開き側に変更され
る。このときの流量制御弁７の開度は、上記と同様にエ
ンジン出口水温が目標値に達して同目標値を通過する
（タイミングＴ６）まで保持される。こうしてエンジン
出口水温が目標値よりも低い値から速やかに同目標値へ
と上昇するようになる。上記のようにエンジン出口水温
が目標値を通過すると（Ｔ６）、上記流量制御弁７の開
度保持が解除され、エンジン出口水温を目標値へと近づ
けるための流量制御弁７の開度調整が再開される。

【００６７】次に、上記指令開度Ａfin の算出手順につ
いて、本実施形態の指令開度算出ルーチンを示す図１１
及び図１２のフローチャートを参照して詳細に説明す
る。この指令開度算出ルーチンにおいては、ステップＳ
３０１，Ｓ３０３〜Ｓ３０５の処理が、第１実施形態の
指令開度算出ルーチン（図２）におけるＳ１０１〜Ｓ１
０４と同一のものとなっている。

【００６８】本実施形態の指令開度算出ルーチンにおい
ては、フィードバック条件が成立しているとき（Ｓ３０
１：ＹＥＳ）、流量制御弁７がスキップ量Ｓの分だけ開
度変更されたときの開度に保持された状態にあるか否か
を判断するためのフラグＦ２が「０（保持解除）」であ
るか否かが判断される（Ｓ３０２）。

【００６９】ここで肯定判定であれば、基本指令開度Ａ
bse 、フィードバック補正値ｈ１、及び収束速度補正値
ｈ２が順次算出される（Ｓ３０３〜Ｓ３０５）。その
後、ステップＳ３０６〜Ｓ３０９（図１２）でスキップ
量Ｓの算出が行われる。

【００７０】即ち、エンジン出口水温の推移が上昇傾向
から下降傾向へと反転したときには（Ｓ３０６：ＹＥ
Ｓ）には、エンジン回転速度に基づきスキップ量Ｓが負
の値として算出される（Ｓ３０７）。このように算出さ
れるスキップ量Ｓは、図１３に示されるように、エンジ
ン回転速度が高くなってウォータポンプ３の冷却水吐出
量が大となり、循環経路２の冷却水流量が多くなるほど
「０」に近い負の値になる。これは、循環経路２の冷却
水流量が多くなるに従いスキップ量Ｓの分だけ流量制御
弁７を閉じたときのエンジン出口水温の上昇が大となる
ことから、エンジン出口水温を目標値に収束させる上で
はスキップ量Ｓを上記のように可変とすることが好まし
いためである。

【００７１】また、エンジン出口水温の推移が下降傾向
から上昇傾向へと反転したときには（Ｓ３０８：ＹＥ
Ｓ）、エンジン回転速度に基づきスキップ量Ｓが正の値
として算出される（Ｓ３０９）。このように算出される
スキップ量Ｓは、図１４に示されるように、エンジン回
転速度が高くなってウォータポンプ３の冷却水吐出量が
大となり、循環経路２の冷却水流量が多くなるほど
「０」に近い正の値になる。これは、循環経路２の冷却
水流量が多くなるに従いスキップ量Ｓの分だけ流量制御
弁７を開いたときのエンジン出口水温の下降が大となる
ことから、エンジン出口水温を目標値に収束させる上で
はスキップ量Ｓを上記のように可変とすることが好まし
いためである。

【００７２】なお、エンジン出口水温の推移傾向が反転
しないときには（Ｓ３０８，Ｓ３０９で共にＮＯ）、ス
キップ量Ｓは前回の値に保持されることとなる。ステッ
プＳ３０７，Ｓ３０９のいずれかでスキップ量Ｓの算出
が行われたときには、フラグＦ２が「１（保持中）」に
設定される（Ｓ３１０）。フラグＦ２が「１」である間
は、上記ステップＳ３０２（図１１）で否定判定がなさ
れ、ステップＳ３０３〜Ｓ３１０の処理がスキップされ
ることから、基本指令開度Ａbse、フィードバック補正
値ｈ１、収束速度補正値ｈ２、及びスキップ量Ｓの算出
が行われることはない。このため、フラグＦ２が「１」
である間は、流量制御弁７の開度がスキップ量Ｓの分だ
け変更されたときの状態に保持される。

【００７３】また、「１」に設定されたフラグＦ２は、
流量制御弁７の開度がスキップ量Ｓの分だけ変更されて
から最初にエンジン出口水温が目標値を通過したとき
（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、「０（保持解除）」にリセット
される（Ｓ３１２）。そして、こうしたフラグＦ２のリ
セットのための処理が行われた後、上記式（２）を用い
て指令開度Ａfin の算出が行われる（Ｓ３１３）。

【００７４】以上詳述した本実施形態によれば、第１実
施形態に記載した（２）及び（３）の効果に加え、以下
に示す効果が得られるようになる。 （５）フィードバック制御中にエンジン出口水温の推移
傾向が反転したとき、エンジン出口水温が目標値へと近
づくように流量制御弁７の開度をスキップ量Ｓの分だけ
変更するようにしたため、エンジン出口水温が速やかに
目標値へと収束するようになる。従って、流量制御弁７
の開度変化に対してエンジン出口水温の変化に応答遅れ
が生じるとしても、この応答遅れに伴いエンジン出口水
温を目標値へと制御する際の制御性が低下するのを抑制
することができる。

【００７５】（６）エンジン出口水温の推移傾向が反転
してスキップ量Ｓの分だけ流量制御弁７の開度が変更さ
れると、エンジン出口水温が目標値に達するまでは、そ
のときの開度が保持されるため、エンジン出口水温を速
やかに目標値へと近づけることができる。

【００７６】（７）スキップ量Ｓは、循環経路２の冷却
水流量に関係するパラメータであるエンジン回転速度に
応じて変化する可変値として算出される。従って、流量
制御弁７の開度変化に対するエンジン出口水温の変化量
が循環経路２の冷却水流量に応じて異なるとしても、ス
キップ量Ｓを用いた流量制御弁７の開度変更を当該冷却
水流量の変化に関係なく適切に行い、エンジン出口水温
を速やかに目標値へと近づけることができる。

【００７７】なお、上記各実施形態は、例えば以下のよ
うに変更することもできる。 ・第３実施形態において、循環経路２の冷却水流量に関
係するパラメータとしてエンジン回転速度を例示した
が、これに代えて流量センサ等により循環経路２の冷却
水流量を直接検出し、この検出値に基づきスキップ量Ｓ
を可変値として算出するようにしてもよい。

【００７８】・また、スキップ量Ｓを必ずしも可変値と
する必要はなく、これを固定値としてもよい。 ・第３実施形態では、流量制御弁７の開度がスキップ量
Ｓの分だけ変更された後、そのときの開度をエンジン出
口水温が目標値に達するまで保持したが、これに代えて
当該開度保持を一定の時間だけ行うようにしてもよい。
また、開度を保持する時間を、エンジン出口水温の推移
傾向が反転したときにおける同水温の目標値に対するず
れ量に応じて可変としてもよい。

【００７９】・上記各実施形態において、収束速度補正
値ｈ２を必ずしもエンジン出口水温の目標値からのずれ
量に応じた可変値として算出する必要はなく、これを固
定値とすることも考えられる。

【００８０】・また、収束速度補正値ｈ２による流量制
御弁７の開度補正を必ずしも行う必要はない。 ・第１実施形態では、流量制御弁７の開度について下限
ガードを行うことにより、全閉付近の開度領域である領
域Ａ内でフィードバック制御による流量制御弁７の開度
調整が行われないようにしたが、下限ガードにより開度
調整が行われないようにする領域を適宜閉じ側に縮小し
たり開き側に拡大したりしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における冷却装置の全体構成を示
す略図。

【図２】第１実施形態の指令開度算出手順を示すフロー
チャート。

【図３】第１実施形態の流量制御弁の開度変化に対する
ラジエータ通路の冷却水流量の推移傾向を示すグラフ。

【図４】第１実施形態の流量制御弁の開度変化に対する
エンジン出口水温の推移傾向を示すグラフ。

【図５】収束速度補正値の算出手順を示すフローチャー
ト。

【図６】収束速度補正値の算出手順を示すフローチャー
ト。

【図７】時間経過に伴うエンジン出口水温の推移を示す
タイムチャート。

【図８】第２実施形態の流量制御弁の開度変化に対する
ラジエータ通路の冷却水流量の推移傾向を示すグラフ。

【図９】第２実施形態の流量制御弁の開度変化に対する
エンジン出口水温の推移傾向を示すグラフ。

【図１０】時間経過に伴う流量制御弁の開度の推移、及
びエンジン出口水温の推移を示すタイムチャート。

【図１１】第３実施形態の指令開度算出手順を示すフロ
ーチャート。

【図１２】第３実施形態の指令開度算出手順を示すフロ
ーチャート。

【図１３】エンジン出口水温の推移が上昇傾向から下降
傾向へと反転したときに算出されるスキップ量について
のエンジン回転速度の変化に対する推移傾向を示すグラ
フ。

【図１４】エンジン出口水温の推移が下降傾向から上昇
傾向へと反転したときに算出されるスキップ量について
のエンジン回転速度の変化に対する推移傾向を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１…エンジン、２…循環経路、３…ウォータポンプ、４
…ラジエータ、５…ラジエータ通路、６…バイパス通
路、７…流量制御弁、８…電子制御装置、９…ラジエー
タ水温センサ、１０…エンジン水温センサ、１２…アク
セルポジションセンサ、１５…スロットルポジションセ
ンサ、１６…バキュームセンサ、１７…クランクポジシ
ョンセンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新保 善一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 高木 功 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 山本 大介 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛 三工業 株式会社内 (72)発明者 村上 広道 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛 三工業 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の冷却水循環経路中に設けられた
   ラジエータを通過する冷却水の流量を調整する流量制御
   弁を備え、冷却水温が目標値へと近づくように当該冷却
   水温に基づき前記流量制御弁をフィードバック制御する
   内燃機関の冷却装置において、 前記フィードバック制御によって変化する前記流量制御
   弁の開度を下限ガードする制御手段を備えることを特徴
   とする内燃機関の冷却装置
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記流量制御弁の開度変
   化に対する冷却水温の変化が過度に大きくなる開度領域
   まで当該流量制御弁の開度が閉じ側に変化しないよう下
   限ガードを行う請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記流量制御弁の開度変
   化に対する冷却水温の変化が過度に小さくなる開度領域
   まで当該流量制御弁の開度が閉じ側に変化しないよう下
   限ガードを行う請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
4. 【請求項４】内燃機関の冷却水循環経路中に設けられた
   ラジエータを通過する冷却水の流量を調整する流量制御
   弁を備え、冷却水温が目標値へと近づくように当該冷却
   水温に基づき前記流量制御弁をフィードバック制御する
   内燃機関の冷却装置において、 前記フィードバック制御中であって、冷却水温の上昇傾
   向から下降傾向への反転時には前記流量制御弁の開度を
   所定量だけ閉じ側に変更し、冷却水温の下降傾向から上
   昇傾向への反転時には前記流量制御弁の開度を所定量だ
   け開き側に変更する制御手段を備えることを特徴とする
   内燃機関の冷却装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、冷却水温の推移が上昇傾
   向と下降傾向との間で反転して前記流量制御弁の開度が
   所定量だけ変更された後、その変更後の開度を所定時間
   保持する請求項４記載の内燃機関の冷却装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、冷却水温の推移が上昇傾
   向と下降傾向との間で反転したとき、前記循環経路の冷
   却水流量に応じて可変となるスキップ量を用いて前記流
   量制御弁の開度を閉じ側又は開き側に変更する請求項４
   又は５記載の内燃機関の冷却装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、フィードバック制御中に
   冷却水温が目標値から所定量以上離れると、その時点か
   ら所定時間が経過した時点までの冷却水温の変化量を測
   定し、その測定結果から冷却水温の目標値側への変化量
   が所定値以上でない旨判断したときには、冷却水温を目
   標値に近づける方向に前記流量制御弁の開度を補正する
   請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
8. 【請求項８】前記流量制御弁の開度補正は、冷却水温の
   目標値に対するずれ量に応じて可変とされる補正値を用
   いて行われる請求項７記載の内燃機関の冷却装置。