JP2006105104A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータポンプでのキャビテーションの発生を抑えてウォータポンプの耐久性を確保すること。
【解決手段】冷却装置１０は、エンジン１の冷却水循環経路１１，１２と、その循環経路１１，１２におけるラジエータ１３と、冷却水循環経路１１，１２にて冷却水を圧送するウォータポンプ１４と、ラジエータ１３の冷却水流量を調整する流量制御弁１６とを備える。電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、エンジン１の暖機時に冷却水循環経路１１，１２の冷却水流れを遮断するように流量制御弁１６を全閉に制御する。ここで、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６が全閉となって冷却水循環経路１１，１２における冷却水流れを遮断する状態であり、かつ、エンジン回転速度が所定の基準回転速度（5000rpm）を超えたときには、冷却水流れを許容するために流量制御弁１６の弁開度を全閉から若干開側へ制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ウォータポンプにより圧送される冷却水を、冷却水循環経路を通じて循環させることによりエンジンを冷却する冷却装置であって、冷却水循環経路のラジエータを通過する冷却水流量を流量調整手段により調整するようにしたエンジンの冷却装置に関する。

従来の車両等には、エンジンの冷却装置が搭載される。この種の冷却装置として、例えば、下記の特許文献１に記載される水冷式の冷却装置がある。この冷却装置は、エンジン本体のウォータジャケットを含む冷却水循環経路と、その冷却水循環経路に設けられるラジエータ、ウォータポンプ及び流量調整弁と、その流量調整弁の開度を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）とを備える。この冷却装置において、ウォータポンプが作動することにより、冷却水循環経路を冷却水が循環し、エンジン本体と冷却水との間で熱の受け渡しが行われる。エンジン本体から冷却水へ奪われる熱は、冷却水がラジエータを通過する過程で放熱される。ここで、エンジンの冷却水温度が目標冷却水温度となるようにＥＣＵが流量調整弁の開度を制御することにより、冷却水循環経路における冷却水温度を制御して、エンジンの冷却度合いを制御するようになっている。

加えて、この冷却装置は、エンジンの冷間始動時には、エンジンの暖機性を確保するために、流量調整弁を全閉に制御することにより、ウォータポンプ、ウォータジャケット及びラジエータ等に流入する冷却水流量を低減させるようになっている。

特開２００３−１７２１４１号公報（第２，８頁、図１，４，５） 特開２００３−２８６８４３号公報（第２，５頁、図２，４）

ところが、特許文献１に記載の冷却装置は、エンジンの冷間始動時に、冷却水流量を低減させるために、流量調整弁を全閉に制御するようになっている。このため、エンジン回転速度が高くなっているときに流量調整弁が全閉になったのでは、ウォータポンプの前後差圧が増大してキャビテーションが発生するおそれがある。ここで、「キャビテーション」は、流路の流水断面が急変したりすることにより、その近くに空洞部ができて渦を起こす現象をいう。このキャビテーションが騒音や振動の原因となり、ウォータポンプの耐久性を悪化させる懸念がある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウォータポンプでのキャビテーションの発生を抑えてウォータポンプの耐久性を確保することを可能としたエンジンの冷却装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの冷却水が循環する冷却水循環経路と、冷却水循環経路に設けられるラジエータと、冷却水循環経路にて冷却水を圧送するウォータポンプと、ラジエータを通過する冷却水流量を調整するための流量調整手段とを備え、エンジンの暖機時に冷却水循環経路の冷却水流れを遮断するように流量調整手段を制御するようにしたエンジンの冷却装置であって、流量調整手段が冷却水流れを遮断する状態であり、かつ、エンジンの回転速度が所定の基準回転速度を超えたときに、冷却水流れを許容するために流量調整手段を制御する暖機時制御手段を備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、ウォータポンプにより圧送される冷却水は、冷却水循環経路を循環する間にラジエータを通過し、そのラジエータを通過する冷却水流量は流量調整手段により調整される。そして、エンジンの暖機時には、冷却水循環経路の冷却水流れを遮断するように流量調整手段が制御されることにより、ラジエータを通過する冷却水流量が減少し、エンジンから冷却水へ奪われる熱量が低減する。
ここで、流量調整手段により冷却水流れが遮断された状態で、エンジンの回転速度が高くなったのでは、ウォータポンプの前後差圧が増大してキャビテーションが発生するおそれがある。この発明では、流量調整手段が冷却水流れを遮断する状態であり、かつ、エンジンの回転速度が所定の基準回転速度を超えたときには、冷却水流れを許容するために流量調整手段が暖機時制御手段により制御されるので、ウォータポンプの前後差圧の増大が抑えられる。

請求項１に記載の発明によれば、ウォータポンプでのキャビテーションの発生を抑えることができ、これによってウォータポンプの耐久性を確保することができる。

以下、この発明におけるエンジンの冷却装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態におけるエンジンシステムを概略構成図により示す。車両に搭載された多気筒のエンジン１は、シリンダブロック及びシリンダヘッド等からなるエンジン本体２を備える。エンジン本体２には、各気筒（シリンダ）の燃焼室に対応して燃料噴射弁及び点火装置（共に図示略）が設けられる。また、エンジン本体２には、各気筒毎にピストン（図示略）が設けられ、各ピストンに連動するクランクシャフト３が設けられる。エンジン本体２には、各燃焼室に空気を取り込むために吸気通路４が設けられる。また、エンジン本体２には、各燃焼室から排気ガスを排出するために排気通路５が設けられる。吸気通路４には、エアクリーナ６及びスロットルボディ７が設けられる。エアクリーナ６は、吸気通路４を通じて各燃焼室に取り込まれる空気を清浄化する。スロットルボディ７には、吸気通路４を流れる空気量（吸気量）を調節するために開閉されるスロットルバルブ８と、そのバルブ８を開閉駆動するためのモータ９が設けられる。

エンジン本体２の各燃焼室には、燃料噴射弁から噴射される燃料が供給される。各燃焼室では、点火装置が作動することにより、燃料と空気との可燃混合気が爆発・燃焼する。この燃焼エネルギーを受けてピストンが動作することにより、クランクシャフト３が回転してエンジン１に動力が発生する。各燃焼室で生じた燃焼後の排気ガスは、排気通路５を通じて外部へ排出される。エンジン１で発生した燃焼エネルギーの一部は熱としてエンジン本体２に残留する。この残留熱によりエンジン本体２が過熱状態となるのを防止するために、エンジン１には、水冷式の冷却装置１０が設けられる。

この冷却装置１０は、エンジン本体２に設けられるウォータジャケット１１を含む。ウォータジャケット１１の入口１１ａ及び出口１１ｂは、ラジエータ通路１２を介してラジエータ１３に接続される。ウォータジャケット１１の入口１１ａの近傍には、ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１４が設けられる。ウォータポンプ１４は、プーリ及びベルト等を介してクランクシャフト３に駆動連結され、エンジン１の運転に連動して作動する。ウォータポンプ１４は、ラジエータ通路１２を流れる冷却水を吸引してウォータジャケット１１へ吐出する。この冷却水の吸引・吐出により、冷却水がウォータポンプ１４を起点として、ラジエータ通路１２を図１に矢印で示す時計方向に循環する。この循環中に、冷却水は、ウォータジャケット１１を通過する過程で、エンジン本体２から熱を吸収して昇温する。昇温した冷却水は、ラジエータ１３を通過する過程で熱を放出して温度を下げる。

ラジエータ通路１２には、ラジエータ１３を迂回するバイパス通路１５が接続される。バイパス通路１５の一端（図１の右端）は、ラジエータ通路１２において、ラジエータ１３とウォータジャケット１１の出口１１ｂとの間に接続される。バイパス通路１５の他端（図１の左端）は、ラジエータ通路１２において、ラジエータ１３とウォータポンプ１４との間に接続される。上記したウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２により本発明における冷却水循環経路が構成される。

バイパス通路１５の他端とラジエータ通路１２との接続部分には、流量制御弁１６が設けられる。この流量制御弁１６は、ステップモータを駆動源として構成され、その弁開度ＯＤＶを制御することにより、ラジエータ通路１２及びバイパス通路１５を流れる冷却水の流量を調整する。ここで、流量制御弁１６は、弁開度ＯＤＶが大きくなるほどラジエータ通路１２を通る冷却水流量が多くなるように構成される。

この実施形態では、流量制御弁１６として、例えば、特開２００３−２８６８４３号公報に開示される流量制御弁と同様の構造を備えた流量制御弁が適用される。図２には、この流量制御弁１６の流量特性をグラフに示す。このグラフは、横軸に流量制御弁の弁開度ＯＤＶに相当するステップモータのステップ数を、縦軸に冷却水流量をそれぞれ示す。冷却水流量として、ラジエータ通路１２からウォータポンプ１４へ流れる「ラジエータ側流量」と、バイパス通路１５からウォータポンプ１４へ流れる「バイパス側流量」との二つがあり、それぞれ実線と破線で示す。このグラフで、ステップ数が「０」のときは、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶが「全閉」となる。また、ステップ数が「２３９」のときは、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶが「全開」となる。更に、ステップ数が「２５」のときから、ラジエータ側流量及びバイパス側流量が共に増加を開始する。このグラフから明らかなように、ラジエータ側流量は、ステップ数の増加（開度増加）に対して増加傾向を示す。また、バイパス側流量は、ステップ数の増加（開度増加）に対して増加と減少を示す。この実施形態で、流量制御弁１６は、本発明における流量調整手段に相当する。

この流量制御弁１６により、ラジエータ通路１２における冷却水流量を調整することにより、エンジン本体２を冷却するための冷却水温度が制御される。すなわち、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを制御してラジエータ通路１２における冷却水流量を多くすることにより、エンジン本体２に流れる冷却水のうち、ラジエータ１３で冷却される冷却水の割合が大きくなり、エンジン本体２を冷却する冷却水温度が低くなる。また、流量制御弁１６を制御してラジエータ通路１２における冷却水流量を少なくすることにより、エンジン本体２に流れる冷却水のうち、ラジエータ１３で冷却される冷却水の割合が小さくなり、エンジン本体２を冷却する冷却水温度が高くなる。

ラジエータ１３には、ラジエータ１３を通過した後の冷却水温度（ラジエータ出口水温Ｔ２）を検出するためのラジエータ出口水温センサ２１が設けられる。ここで、ラジエータ出口水温Ｔ２は、ラジエータ通過後の冷却水温度に相当する。エンジン本体２には、ウォータジャケット１１の出口１１ｂを通過した後の冷却水温度（エンジン出口水温ＴＯ）を、エンジン本体２の冷却水温度として検出するためのエンジン出口水温センサ２２が設けられる。ここで、エンジン出口水温ＴＯは、エンジン通過後の冷却水温度に相当する。

この冷却装置１０は、バイパス通路１５とは別に、ラジエータ１３を迂回するようにラジエータ通路１２に設けられる複数の受放熱回路を更に含む。これら受放熱回路として、スロットルボディ温水回路３１、ＥＧＲクーラ回路３２、温水加熱式のホットエアインテーク回路３３、ヒータ回路３４及びオイルクーラ回路３５が設けられる。

スロットルボディ温水回路３１は、スロットルボディ７に接続され、同回路３１を冷却水（温水）が流れる過程でスロットルボディ７が暖められる。これにより、極寒時等におけるスロットルバルブ８の作動を安定化させる。

ＥＧＲクーラ回路３２は、スロットルボディ温水回路３１の下流側に直列に接続される。ＥＧＲクーラ回路３２の一部は、ＥＧＲ装置３６に沿って設けられる。周知のようにＥＧＲ装置３６は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために、排気ガスの一部を吸気通路４へ再循環させて可燃混合気の最高燃焼温度を低下させるものである。ＥＧＲ装置３６は、ＥＧＲ通路３７、ＥＧＲ弁３８及びＥＧＲチャンバ３９を含む。ＥＧＲ通路３７は、排気通路５と吸気通路４との間に設けられる。ＥＧＲ弁３８は、ＥＧＲ通路３７の途中に設けられ、ＥＧＲ通路３７を流れるＥＧＲガスの流量を調整するよう構成される。ＥＧＲチャンバ３９は、ＥＧＲ通路３７の下流側に設けられ、ＥＧＲガスを各気筒に均等に導くように構成される。ＥＧＲクーラ回路３２を流れる冷却水により、ＥＧＲチャンバ３９、ＥＧＲ弁３８及び吸気通路４が冷却される。

ホットエアインテーク回路３３はエアクリーナ６に接続される。この回路３３は、エアクリーナ６の近傍に設けられたヒータコア（図示略）を含み、そのヒータコアを冷却水が通過する過程で吸気通路４に吸入される空気が暖められる。

ヒータ回路３４は、車室用暖房装置のヒータコア４０に接続される。このヒータ回路３４を流れる冷却水が、熱源としてヒータコア４０に導かれることにより、車室用暖房装置が機能する。

オイルクーラ回路３５は、エンジン１の潤滑装置における潤滑油と、自動変速機における作動油（オートマチック・トランスミッション・フルード：ＡＴＦ）を冷却するためのオイルクーラ４１に接続される。このオイルクーラ４１に冷却水が流れることにより、高温時に潤滑油やＡＴＦが速やかに冷やされる。このオイルクーラ４１は、潤滑油やＡＴＦの温度が低いときには、オイルウォーマとしても機能する。

上記した各受放熱回路の上流部は、ウォータジャケット１１の出口１１ｂとラジエータ１３との間においてラジエータ通路１２に接続される。これらの受放熱回路の下流部は、互いに合流してウォータポンプ１４に接続される。各受放熱回路の合流部４２の近傍には、その合流部４２における冷却水温度を合流部水温Ｔ３として検出するための合流部水温センサ２３が設けられる。ここで、合流部水温Ｔ３は、各回路通過後の冷却水温度に相当する。

車両には、エンジン１の運転状態を検出するための各種センサが設けられる。すなわち、運転席に設けられるアクセルペダル４３には、アクセルセンサ２４が設けられる。アクセルセンサ２４は、アクセルペダル４３の踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣＰを検出する。スロットルボディ７に設けられるスロットルセンサ２５は、スロットルバルブ８の開度（スロットル開度）ＴＡを検出する。スロットルボディ７より下流の吸気通路４に設けられる吸気圧センサ２６は、吸気通路４における吸気圧ＰＭを検出する。クランクシャフト３に対応して設けられる回転速度センサ２７は、クランクシャフト３の回転角度（クランク角度）及び回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出する。

この冷却装置１０は、エンジン１の運転状態に応じてエンジン１の冷却度合いを制御するために、エンジン１の運転状態に基づいて流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを制御し、ウォータジャケット１１、ラジエータ通路１２及びバイパス通路１５における冷却水循環流量を調整する。この制御を司るために、冷却装置１０は電子制御装置（ＥＣＵ）３０を備える。ＥＣＵ３０には、ラジエータ出口温度センサ２１、エンジン出口水温センサ２２、合流部水温センサ２３及び流量制御弁１６が接続される。また、ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を取り込むために、アクセルセンサ２４、スロットルセンサ２５、吸気圧センサ２６及び回転速度センサ２７が接続される。加えて、ＥＣＵ３０には、イグニションスイッチ（ＩＧＳＷ）２８が接続される。イグニションスイッチ２８は、エンジン１を始動、停止させるために操作される。

この実施の形態において、ＥＣＵ３０は冷却水温度制御を実行するものであり、本発明における暖機時制御手段に相当する。周知のように、ＥＣＵ３０は中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭと、外部入力回路及び外部出力回路等とをバスにより接続してなる論理演算回路を構成する。ＲＯＭは、冷却水温制御等に関する所定の制御プログラムを予め記憶したものである。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果を一時記憶するものである。バックアップＲＡＭは、予め記憶したデータを保存するものである。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ等２１〜２８からの検出信号に基づき所定の制御プログラムに従い冷却水温度制御等を実行する。

次に、ＥＣＵ３０が実行する冷却水温度制御の内容につき図３〜５のフローチャートに従って説明する。

処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ１００で、イグニションスイッチ（ＩＧＳＷ）２８がオンされるのを待って、ステップ１１０で、初期設定を実行する。ここで、ＥＣＵ３０は、初期設定として、流量制御弁１６の開度位置確認処理（弁体の突き当て制御）、流量制御弁１６の初期開度設定処理、ＡＤ処理及びＲＡＭのデータリセット等が行う。

この実施形態では、初期開度設定処理として、図４にフローチャートで示すような処理が行われる。すなわち、図４のルーチンにおいて、ＥＣＵ３０は、ステップ１１１で、エンジン出口水温センサ２２により検出されるエンジン出口水温ＴＯを読み込む。

次に、ステップ１１２で、ＥＣＵ３０は、読み込まれたエンジン出口水温ＴＯが所定の基準温度ｔｈ１より低いか否かを判断する。この実施形態で、基準温度ｔｈ１として、例えば、高温に相当する「１００±２℃」を当てはめることができる。

ステップ１１２の判断結果が肯定である場合、エンジン１の冷却水温度が未だ高温でないことから、冷却水温度を高めるために、ＥＣＵ３０は、ステップ１１３で、流量制御弁１６を全閉に制御する。換言すると、ＥＣＵ３０は、例えば、エンジン１の冷間始動時などにおいて、エンジン１を暖機するために、流量制御弁１６を全閉にしてウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを遮断する。

これに対し、ステップ１１２の判断結果が否定である場合には、冷却水温度が既に高温に達していることから、冷却水温度の上昇を押さえるために、ＥＣＵ３０は、ステップ１１４で、流量制御弁１６を全開に制御する。換言すると、ＥＣＵ３０は、エンジン１が高温状態になっている場合には、流量制御弁１６を全開にしてウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを最大限に許容する。

つまり、図４のルーチンでは、ＥＣＵ３０は、エンジン１を始動させるときにイグニションスイッチ２８がオンされたとき、そのときのエンジン１の温度状態を示すエンジン出口水温ＴＯに基づいて流量制御弁１６を制御する。具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン出口水温ＴＯに応じて流量制御弁１６を強制的に全開又は全閉に制御する。詳細には、ＥＣＵ３０は、エンジン出口水温ＴＯが基準温度ｔｈ１未満であるときは、流量制御弁１６を全閉に制御し、エンジン出口水温ＴＯが基準温度ｔｈ１以上であるときは、流量制御弁１６を全開に制御する。

続いて、図３のルーチンに戻り、ステップ１２０で、ＥＣＵ３０は、エンジン１の始動が完了するのを待って、処理をステップ１３０へ移行する。この実施形態で、ＥＣＵ３０は、吸気圧センサ２６及び回転速度センサ２７の検出値に基づいてエンジン１の始動が完了したことを判断する。

ステップ１２０で、エンジン１の始動が完了している場合、ステップ１３０で、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態等を読み込む。すなわち、ＥＣＵ３０は、エンジン出口水温センサ２２、吸気圧センサ２６及び回転速度センサ２７により検出されるエンジン出口水温ＴＯ、吸気圧ＰＭ及びエンジン回転速度ＮＥを、エンジン１の運転状態を示すパラメータとして読み込む。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを設定する。この実施形態で、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを、エンジン１の運転状態に応じて設定する。例えば、エンジン１がアイドル運転状態である場合、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを、発進時のノッキング対策等のために若干低めの温度（例えば「９０℃」）に設定する。一方、エンジン１が部分負荷（パーシャル）運転状態にある場合、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを、フリクションロス低減のために高めの温度（例えば「１００℃」）に設定する。また、エンジン１が全負荷（ＷＯＴ）運転状態にある場合、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを、充填率を高めるために低めの温度（例えば「８０℃」）に設定する。上記した目標エンジン出口水温Ｔｔに関する各値（９０℃、１００℃、８０℃）は、一例に過ぎない。

次に、ステップ１５０で、ＥＣＵ３０は、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御許容フラグＸＦＢＯＫが「１」であるか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、冷却水温度のフィードバック制御が既に許容されているものとして、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１６０へ移行する。一方、この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１０へ移行する。

ステップ２１０で、ＥＣＵ３０は、今回読み込まれたエンジン出口水温ＴＯがフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御開始水温に達したか否かを判断する。この実施形態では、フィードバック制御開始水温として、例えば「１００℃」を当てはめることができる。この判断結果が肯定である場合、フィードバック制御を許容するために、ＥＣＵ３０は、ステップ２２０で、フィードバック制御許容フラグＸＦＢＯＫを「１」に設定し、処理をステップ１６０へ移行する。

ステップ１５０又はステップ２２０から移行してステップ１６０では、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを維持しているか否かを判断する。すなわち、今回設定された目標エンジン出口水温Ｔｔが前回の目標エンジン出口水温Ｔｔとほぼ同じであるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２３０で、目標エンジン出口水温Ｔｔを変更するための移行制御を実行し、処理をステップ１２０へ戻す。

一方、ステップ１６０の判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１７０で、流量制御弁１６の指令開度ＯＤＣを算出する。この指令開度ＯＤＣの算出内容を、図５に示すフローチャートに従って説明する。

先ず、ステップ１７１で、ＥＣＵ３０は、回転速度センサ２７及び吸気圧センサ２６の検出値から得られるエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥに基づいて冷却損失熱量ＱＷを算出する。この算出に際し、ＥＣＵ３０は、図６に示すような関数データ（マップ）を参照する。このマップは、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥに対する冷却損失熱量ＱＷの関係を予め定めたものである。このマップは、エンジン出口水温ＴＯの各値毎に用意されている。このマップにおいて、冷却損失熱量ＱＷは、エンジン回転速度ＮＥが低いときは少なく、エンジン回転速度ＮＥが高くなるに連れて多くなる。これは、エンジン回転速度ＮＥが高いほど単位時間当りに燃焼室に供給される燃料が増え、エンジン本体２で発生する熱量が多くなり、これに伴いエンジン本体２から冷却水に奪われる熱量が多くなるためである。また、このマップにおいて、冷却損失熱量ＱＷは、エンジン負荷ＬＥが小さいときは少なく、エンジン負荷ＬＥが大きくなるに連れて多くなる。ただし、エンジン回転速度ＮＥが高い領域では、エンジン負荷ＬＥが大きくなるに連れて冷却損失熱量ＱＷの増加度合いが緩やかになる。これは、前述したようにエンジン回転速度ＮＥの上昇により単位時間当たりに供給される燃料が増え、その燃料増量に伴う冷却効果により燃焼室の温度が下がり、エンジン本体２から冷却水に奪われる熱量が減少するためである。

上記したエンジン負荷ＬＥに代えてエンジン負荷率を用いることもできる。エンジン負荷率は、最大負荷に対する負荷割合を示すパラメータである。この場合も、図６に準ずるマップを使用することができる。

上記した冷却損失熱量ＱＷは、基本的には、エンジン本体２からの発熱量に左右されることから、エンジン負荷ＬＥとしては、エンジン本体２からの発熱量に関係するパラメータ、例えば、１燃焼サイクル当たりの燃料噴射量、吸気量等を用いることができる。吸気量については、別途実行される燃料噴射制御において、吸気量に応じた量の燃料が噴射されることから、エンジン本体２からの発熱量に間接的に関係するパラメータであると言える。その他、エンジン負荷ＬＥとして、吸気圧センサ２６により検出される吸気圧ＰＭ、スロットルセンサ２５により検出されるスロットル開度ＴＡ等を用いることも可能であるが、この場合には、適宜に補正を行うことが望ましい。

次に、ステップ１７２で、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶ及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて合流部４２における冷却水流量（合流部流量）Ｖ３を算出する。この算出に際して、ＥＣＵ３０は、図７に示すような関数データ（マップ）を参照する。このマップは、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶ及びエンジン回転速度ＮＥに対する合流部流量Ｖ３の関係を予め定めたものである。このマップにおいて、弁開度ＯＤＶが小さな領域では、弁開度ＯＤＶが大きくなるに連れて合流部流量Ｖ３は緩やかに少なくなる。弁開度ＯＤＶが中から大の領域では、弁開度ＯＤＶにかかわらず合流部流量Ｖ３は略一定となる。また、合流部流量Ｖ３はエンジン回転速度ＮＥが低いときは少なく、エンジン回転速度ＮＥが高くなるに連れて多くなる。ここで、合流部流量Ｖ３は、回路通過後の冷却水流量に相当する。上記した弁開度ＯＤＶとして、例えば、ＥＣＵ３０が前回の制御周期で流量制御弁１６に用いた指令開度ＯＤＣを適用するとができる。

次に、ステップ１７３で、ＥＣＵ３０は、今回得られた各種パラメータ、すなわち、合流部流量Ｖ３、合流部水温Ｔ３及びエンジン出口水温ＴＯに基づいて受放熱熱量Ｑetcを算出する。ＥＣＵ３０は、下記の計算式（１）に従って全受放熱回路における受放熱熱量Ｑetc（各回路３１〜３５における受放熱熱量の総和）を算出する。下記の計算式（１）の中で、「Ｃ」は、温度を流量に変換するための係数であり、例えば、冷却水の比熱と密度との積によって決定される。
Ｑetc＝Ｃ・Ｖ３・（ＴＯ−Ｔ３） ・・・（１）

次に、ステップ１７４で、ＥＣＵ３０は、今回得られた各種パラメータ、すなわち、冷却損失熱量ＱＷ、目標エンジン出口水温Ｔｔ、ラジエータ出口水温Ｔ２及び受放熱熱量Ｑetcに基づいて要求ラジエータ流量Ｖ２を算出する。ＥＣＵ３０は、下記の計算式（２）に従ってこの流量Ｖ２を算出する。下記の計算式（２）の中で、「Ｃ」は、上記と同じく冷却水の比熱と密度との積等によって決定される係数である。
Ｖ２＝（ＱＷ−Ｑetc）／｛Ｃ・（Ｔｔ−Ｔ２）｝ ・・・（２）

次に、ステップ１７５で、ＥＣＵ３０は、算出される要求ラジエータ流量Ｖ２及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて流量制御弁１６に対する指令開度ＯＤＣを算出する。この算出に際して、ＥＣＵ３０は、図８に示すような関数データ（マップ）を参照する。このマップは、要求ラジエータ流量Ｖ２及びエンジン回転速度ＮＥに対する指令開度ＯＤＣの関係を予め定めたものである。このマップにおいて、指令開度ＯＤＣは、要求ラジエータ流量Ｖ２が少ないときは小さく、要求ラジエータ流量Ｖ２が多くなるに連れて大きくなる。また、指令開度ＯＤＣは、エンジン回転速度ＮＥが低いときは、要求ラジエータ流量Ｖ２がわずかに変化しても大きく変化する。これに対し、指令開度ＯＤＣは、エンジン回転速度ＮＥが高くなるときは、要求ラジエータ流量Ｖ２が多く変化しなければあまり変化しない。上記のようにして、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６の指令開度ＯＤＣを算出する。

次に、図３のルーチンに戻り、ステップ１８０で、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６に対する指令開度ＯＤＣが「０stp」で、かつ、回転速度センサ２７で検出されるエンジン回転速度ＮＥが「５０００rpm」以上であるか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６がウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを遮断する全閉状態であり、かつ、エンジン回転速度ＮＥが所定の基準回転速度である「５０００rpm」を超えているか否かを判断する。この判断結果が否定である場合は、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２００へ移行する。一方、この判断結果が肯定である場合には、処理をステップ１９０へ移行し、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６に対する指令開度ＯＤＣを「３０stp」に設定する。

そして、ステップ１８０又はステップ１９０から移行してステップ２００で、ＥＣＵ３０は、ステップ１７０で算出される指令開度ＯＤＣ、又はステップ１９０で設定される指令開度ＯＤＣに基づいて流量制御弁１６を駆動制御（フィードバック制御）した後、処理をステップ１２０へ戻す。ここで、処理がステップ１８０からステップ２００へ移行した場合、ステップ２００で流量制御弁１６の開度ＯＤＶを制御することにより、ラジエータ１３を通る冷却水流量が調整され、エンジン出口水温ＴＯが目標エンジン出口水温Ｔｔに収束することになる。一方、ステップ１９０からステップ２００へ移行した場合、ＥＣＵ３０は、ウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを若干許容するために流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを全閉から若干開側に制御する。

一方、ステップ２１０の判断結果が否定である場合、未だフィードバック制御を許容できないことから、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２４０へ移行する。

ステップ２４０で、ＥＣＵ３０は、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御前処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６の開度ＯＤＶを所定値にオープンループ制御する。ここで、フィードバック制御前処理では、冷却水温度（エンジン出口水温ＴＯ）がフィードバック制御開始水温よりも低く設定された所定温度に達するまでは、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを全閉状態にすることで、エンジン１の暖機を促進する。また、冷却水温度（エンジン出口水温ＴＯ）が所定温度に達すると、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶをフィードバック制御で要求される弁開度に近付けるとともに、ラジエータ出口水温センサ２１によりラジエータ出口水温Ｔ２を正確に検出できるようにする。

つまり、ＥＣＵ３０は、エンジン１の冷却水温度がフィードバック制御開始水温より低いときは、フィードバック項の更新を禁止し、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを所定値にオープンループ制御する。また、ＥＣＵ３０は、この所定値をエンジン１の冷却水温度に基づいて設定することにより、フィードバック制御開始時の流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶをある開弁側の値にする。

次に、ステップ２５０で、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６に対する指令開度ＯＤＣが「０stp」で、かつ、回転速度センサ２７で検出されるエンジン回転速度ＮＥが「５０００rpm」以上であるか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ３０は、流量制御弁１６がウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを遮断する全閉状態であり、かつ、エンジン回転速度ＮＥが所定の基準回転速度である「５０００rpm」を超えているか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１２０の処理へ戻る。この判断結果が肯定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２６０へ移行する。

そして、ＥＣＵ３０は、ステップ２６０で、流量制御弁１６に対する指令開度ＯＤＣを「３０stp」に設定し、ステップ２７０で、その設定された指令開度ＯＤＣに基づいて流量制御弁１６を駆動制御する。すなわち、ＥＣＵ３０は、ウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２等における冷却水流れを若干許容するために、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを全閉から若干開側に制御するのである。その後、ＥＣＵ３０は、ステップ１２０の処理へ戻る。

以上説明したこの実施形態におけるエンジンの冷却装置によれば、エンジン本体２から冷却水へ奪われる冷却損失熱量ＱＷが、エンジン１の運転状態に基づいてＥＣＵ３０により算出される。また、受放熱回路（各回路３１〜３５）と冷却水との間で受け放される受放熱熱量Ｑetcが、エンジン出口水温ＴＯ、合流部水温Ｔ３及び合流部流量Ｖ３に基づいてＥＣＵ３０により算出される。また、エンジン出口水温ＴＯを目標エンジン出口水温Ｔｔにするために、ラジエータ１３で要求される冷却水の要求ラジエータ流量Ｖ２が、上記のようにそれぞれ算出される冷却損失熱量ＱＷ及び受放熱熱量Ｑetc、並びに、目標エンジン出口水温Ｔｔ及びラジエータ出口水温Ｔ２に基づいてＥＣＵ３０により算出される。そして、その算出される要求ラジエータ流量Ｖ２に基づいてＥＣＵ３０により指令開度ＯＤＣが算出され、その指令開度ＯＤＣに基づいて流量制御弁１６が駆動制御される、すなわち、流量制御弁１３の弁開度ＯＤＶが制御される。これにより、エンジン出口水温ＴＯが目標エンジン出口水温Ｔｔに近付けられる。

すなわち、この実施形態の冷却装置１０では、エンジン１の冷却水はウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２を循環する間にラジエータ１３を通過し、そのラジエータ１３を通過する冷却水流量は流量制御弁１６により調整される。そして、エンジン出口水温ＴＯが目標エンジン出口水温Ｔｔとなるように流量制御弁１６が制御されることにより、エンジン１の冷却度合いが制御される。一方、エンジン１の暖機時等には、ウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２の冷却水流れを遮断するように流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶが制御されることにより、ラジエータ１３を通過する冷却水流量が減少し、エンジン１から冷却水へ奪われる熱量が低減する。

ここで、流量制御弁１６が全閉になることでウォータジャケット１１及びラジエータ通路１２における冷却水流れが遮断された状態で、エンジン回転速度ＮＥが高くなったのでは、ウォータポンプ１４の前後差圧が増大してキャビテーションが発生するおそれがある。

これに対し、この実施形態の冷却装置１０では、流量制御弁１６が全閉となり冷却水流れを遮断する状態であり、かつ、エンジン回転速度ＮＥが所定の基準回転速度である「５０００rpm」を超えたときには、冷却水流れを許容するために流量制御弁１６がＥＣＵ３０により制御されるので、ウォータポンプ１４の前後差圧の増大が抑えられる。このため、ウォータポンプ１４でのキャビテーションの発生を抑えることができ、これによってウォータポンプ１４の耐久性を確保することができる。

この他、この実施形態では、上記したようにエンジン１の運転状態に関するパラメータとして、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥが、流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶの制御に反映される。このため、単に冷却水の温度のみに基づいて流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶの制御が行われる場合とは異なり、実際のエンジン出口水温ＴＯを、そのときどきのエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥに適した目標エンジン出口水温Ｔｔに制御することができる。例えば、エンジン１が高出力となる場合には、エンジン出口水温ＴＯを低くして各気筒の冷却効率を高めることができる。また、エンジン１が低燃費で運転される場合には、エンジン出口水温ＴＯを高くして各気筒内での燃焼効率を向上させることができる。このため、上記した高出力及び低燃費という相反する性能を両立させながらエンジン性能を向上させることができる。

この実施形態では、冷却損失熱量ＱＷを算出するために、エンジン１の運転状態に関するパラメータとして、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥが適用される。このように、エンジン本体２からの発熱を左右するエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥをパラメータとして計算に適用することで、冷却損失熱量ＱＷを精度よく算出することができる。また、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥの両者に基づいて冷却損失熱量ＱＷを算出するので、エンジン回転速度ＮＥ又はエンジン負荷ＬＥを単独で適用した場合に比べて、冷却損失熱量ＱＷの算出精度の向上を図ることができる。

この実施形態では、冷却損失熱量ＱＷがエンジン１の運転状態を示すエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥに基づいて算出され、その算出される冷却損失熱量ＱＷが要求ラジエータ流量Ｖ２の算出に反映される。そして、その算出される要求ラジエータ流量Ｖ２に基づいて流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶが制御される。このため、エンジン１の運転状態が変化して冷却損失熱量ＱＷが変化しても、その冷却損失熱量ＱＷの変化に応じて流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを制御することができ、エンジン出口水温ＴＯを目標エンジン出口水温Ｔｔに応答性よく制御することができる。

ここで、冷却水温度と目標冷却水温度との偏差（水温差）のみに基づいて流量制御弁の弁開度をフィードバック制御するような場合では、エンジン本体２における冷却損失熱量ＱＷの変化に対応できないことから、本実施形態のような制御に関する良好な応答性を得ることは困難である。このため、この実施形態では、前述したエンジン１の高出力運転時には、エンジン出口水温ＴＯを速やかに低下させることができ、エンジン１の低燃費運転時には、エンジン出口水温ＴＯを速やかに上昇させることができ、高出力及び低燃費の両立を実現する上で発生する制御ロスを低減することができる。

ここで、仮に、エンジン１の運転状態から流量制御弁１６の指令開度ＯＤＣを直接算出し、その算出される指令開度ＯＤＣに基づいて流量制御弁１６の弁開度ＯＤＶを制御しようとすると、流量特性の異なる流量制御弁を用いた場合には、それら流量制御弁毎に指令開度ＯＤＣを改めて算出する必要が生じ、汎用性に欠けることになる。これに対し、この実施形態では、ラジエータ出口水温Ｔ２に対する要求ラジエータ流量Ｖ２を一旦算出し、その算出される要求ラジエータ流量Ｖ２に基づいて流量制御弁１６の指令開度ＯＤＣを算出するようにしている。このため、流量特性の異なる流量制御弁を用いた場合でも、流量制御弁毎に流量特性に応じた指令開度ＯＤＣを改めて算出する必要がなくなる。

ところで、この実施形態では、ラジエータ１３を迂回するようにラジエータ通路１２に複数の受放熱回路（各回路３１〜３５）が設けられるので、冷却水が各回路３１〜３５を通過する過程で、各部と冷却水との間で熱の受け放し（受放熱）が行われる。この受放熱後の冷却水は、合流部４２からウォータポンプ１４を介してラジエータ通路１２を通り、再びエンジン本体２のウォータジャケット１１を通過する。各回路３１〜３５での受放熱熱量Ｑetcが多い場合は、その受放熱熱量Ｑetcを考慮しなければエンジン出口水温ＴＯを狙いの目標エンジン出口水温Ｔｔへ収束させることは難しく、冷却水温度にオーバシュートやアンダシュートが起きる懸念がある。ここで、「オーバシュート」は、エンジン出口水温ＴＯが目標エンジン出口水温Ｔｔに達した後に、その目標エンジン出口水温Ｔｔを維持することができずに上昇する現象である。また、「アンダシュート」は、エンジン出口水温ＴＯが目標エンジン出口水温Ｔｔに達した後に、その目標エンジン出口水温Ｔｔを維持することができずに下降する現象である。

このように冷却水温度にオーバシュートやアンダシュートが多く起きる場合には、エンジン本体２等の各構成部品の耐熱性を考慮して各構成部品の正常動作を保障しようとすると、目標エンジン出口水温Ｔｔを下げる必要がある。その反面、目標エンジン出口水温Ｔｔを単に下げると、エンジン出口水温ＴＯが低くなることから、エンジン１や自動変速機でフリクションが増大してエンジン１の燃費悪化を招くおそれがある。

これに対し、この実施形態では、全受放熱回路（各回路３１〜３５の全部）における受放熱熱量Ｑetc が算出され、その算出される受放熱熱量Ｑetc が要求ラジエータ流量Ｖ２の算出に反映される。従って、各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetcが変化しても、目標エンジン出口水温Ｔｔに対するエンジン出口水温ＴＯの収束性が向上する。このため、冷却水温度制御におけるオーバシュートやアンダシュートを少なくすることがき、エンジン本体２等の構成部品に係る耐熱性を考慮して目標エンジン出口水温Ｔｔを下げる必要がなくなる。この結果、目標エンジン出口水温Ｔｔの低下に伴うフリクションの増大、延いては、エンジン１の燃費悪化を抑制することができる。

この実施形態では、合流部水温Ｔ３とエンジン出口水温ＴＯとの水温差ｄＴが小さいときは、各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetc が少なく、その逆に水温差ｄＴが大きいときは、各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetc が多い。また、合流部流量Ｖ３が少ないときは、各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetc が少なく、合流部流量Ｖ３が多いときは、各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetc が多い。この点つき、この実施形態では、合流部流量Ｖ３、合流部水温Ｔ３及びエンジン出口水温ＴＯに基づいて各回路３１〜３５における受放熱熱量Ｑetc が算出される。従って、上記のように受放熱熱量Ｑetc を左右するパラメータとしての合流部流量Ｖ３、合流部水温Ｔ３及びエンジン出口水温ＴＯが計算に適用されるので、受放熱熱量Ｑetcを精度よく算出することができる。このため、要求ラジエータ流量Ｖ２を精度よく算出することができ、流量制御弁１６を精度よく制御することができる。

この実施形態では、流量制御弁１６の制御量である弁開度ＯＤＶ及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて合流部流量Ｖ３が算出されるので、ラジエータ通路１２などの冷却水循環経路における冷却水流量に応じて受放熱熱量Ｑetcがより正確に算出される。この結果、要求ラジエータ流量Ｖ２をより一層正確に算出することができ、流量制御弁１６の指令開度ＯＤＣをより一層正確に算出することができ、流量制御弁１６をより一層正確に制御することができる。これにより、エンジン出口水温ＴＯを目標エンジン出口水温Ｔｔへより一層好適に収束させることができ、エンジン１の冷却水温度の制御性をより一層向上させることができる。

尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。

（１）前記実施形態では、受放熱回路として複数の回路、すなわち、スロットルボディ温水回路３１、ＥＧＲクーラ回路３２、ホットエアインテーク回路３３、ヒータ回路３４及びオイルクーラ回路３５を設けた。これに対し、これら全ての回路３１〜３５を受放熱回路としなくてもよく、各回路３１〜３５の少なくとも一つを受放熱回路として設けることもできる。この場合も、基本的には、前記実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

（２）前記実施形態では、複数の受放熱回路（各回路３１〜３５の全部）を備えた冷却装置において、それら受放熱回路における受放熱熱量Ｑetc を算出し、その受放熱熱量Ｑetcを要求ラジエータ流量Ｖ２の算出に反映させるようにした。これに対し、受放熱回路を持たない冷却装置において、受放熱熱量Ｑetcを算出することなく、要求ラジエータ流量Ｖ２を算出する冷却装置に具体化することもできる。

エンジンシステムを示す概略構成図。 流量制御弁の流量特性を示すグラフ。 冷却水温度制御の内容を示すフローチャート。 冷却水温度制御の内容の一部を詳しく示すフローチャート。 冷却水温度制御の内容の一部を詳しく示すフローチャート。 エンジン回転速度とエンジン負荷に対する冷却損失熱量の関係を示すマップ。 弁開度とエンジン回転速度に対する合流部流量の関係を示すマップ。 要求ラジエータ流量とエンジン回転速度に対する指令開度の関係を示すマップ。

符号の説明

１…エンジン
１０…冷却装置
１１…ウォータジャケット（冷却水循環経路）
１２…ラジエータ通路（冷却水循環経路）
１３…ラジエータ
１４…ウォータポンプ
１６…流量制御弁（流量調整手段）
３０…ＥＣＵ（暖機時制御手段）

Claims (1)

1. エンジンの冷却水が循環する冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路に設けられるラジエータと、前記冷却水循環経路にて冷却水を圧送するウォータポンプと、前記ラジエータを通過する冷却水流量を調整するための流量調整手段とを備え、前記エンジンの暖機時に前記冷却水循環経路の冷却水流れを遮断するように前記流量調整手段を制御するようにしたエンジンの冷却装置であって、
   前記流量調整手段が前記冷却水流れを遮断する状態であり、かつ、前記エンジンの回転速度が所定の基準回転速度を超えたときに、前記冷却水流れを許容するために前記流量調整手段を制御する暖機時制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。

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