JP2006112344A - エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷却水温度を目標冷却水温度に制御する冷却装置において、エンジンの耐ノッキング性能を低下させることなく目標冷却水温度を高めることで、冷却水温度の制御性を向上させること。
【解決手段】冷却装置は、エンジン１の冷却水が循環する冷却水循環経路１１，１２と、冷却水循環経路１１，１２に設けられるラジエータ１３と、ラジエータ１３を通過する冷却水流量を調整する流量制御弁１６とを備え、電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、エンジン１の冷却水温度ＴＯが目標冷却水温度Ｔｔとなるように流量制御弁１６を制御する。ここで、ＥＣＵ３０は、目標冷却水温度Ｔｔを、吸気温度ＴＨＩＡに応じて設定する。具体的には、吸気温度ＴＨＩＡが比較的低いときは目標冷却水水温Ｔｔを比較的高温度に設定し、吸気温度ＴＨＩＡが比較的高いときに目標冷却水温度Ｔｔを比較的低温度に設定する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ラジエータを含む冷却水循環経路を通じて冷却水を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、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ことにより冷却水温度を目標冷却水温度に制御するようにしたエンジンの冷却装置に関する。

従来、車両等に搭載されるエンジンの冷却装置として、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制御弁と、流量制御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。そこで、実際の冷却水温度が目標冷却水温度となるように、ＥＣＵが流量制御弁を制御することにより、ラジエータを通過する冷却水流量が調整されて冷却水循環経路における冷却水温度が制御され、エンジンの冷却度合いが制御されるようになっている。

ここで、特許文献１の冷却装置において、ＥＣＵは、目標冷却水温度（目標エンジン出口水温Ｔｔ）を、エンジンの運転状態に応じて決定するようになっている。例えば、エンジンがアイドル運転状態である場合、ＥＣＵ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。また、エンジンが部分負荷（パーシャル）運転状態にある場合、ＥＣＵ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。一方、エンジンが全負荷（ＷＯＴ）運転状態にある場合、ＥＣＵ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。

特開２００３−２３９７４２号公報（第５頁、図１，２）

ところが、上記した特許文献１の冷却装置において、冷却水温度が高くなると、エンジンの耐ノッキング性能が低下する懸念があり、単に目標冷却水温度をあまり上げることができなかった。すなわち、エンジンのノッキング現象は、エンジン気筒内のエンドガスの自己着火により発生した圧力波が、気筒内で引き起こす気柱振動と言われている。これは、冷却水温度が高くなることで、気筒内に取り込まれる空気の温度が高くなり、圧縮圧力が高くなって発生しやすくなると考えられる。しかしながら、ノッキングの発生をおそれて単に目標冷却水温度を低く設定したのでは、エンジンにフリクションロスが生じ、エンジンの燃費が悪化してしまう。

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、エンジンの冷却水温度を目標冷却水温度に制御するようにしたエンジンの冷却装置であって、エンジンの耐ノッキング性能を低下させることなく目標冷却水温度を高めることで、冷却水温度の制御性を向上させ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、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、エンジンの冷却水温度が目標冷却水温度とな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、目標冷却水温度を外気温度に応じて設定するための目標冷却水温度設定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、エンジンの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、エンジンの冷却水温度が目標冷却水温度となるように流量調整手段が制御されることにより、エンジンの冷却度合いが制御される。
ここで、単に目標冷却水温度を高く設定すると、冷却水温度が高くなり、エンジンに取り込まれる空気の温度が高くなり、エンジンの耐ノッキング性能が低下する懸念がある。この発明では、目標冷却水温度が、外気温度に応じて設定されるので、例えば、外気温度が比較的低いときに目標冷却水温度を比較的高温に設定することで、エンジンに取り込まれる空気の温度上昇が抑えられつつ、エンジンが適度に暖機されることになる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、目標冷却水温度設定手段は、外気温度が比較的低いときに目標冷却水温度を比較的高温度に設定し、外気温度が比較的高いときに目標冷却水温度を比較的低温度に設定することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、外気温度が比較的低いときに目標冷却水温度を比較的高温度に設定し、外気温度が比較的高いときに目標冷却水温度を比較的低温度に設定することにより、請求項１に記載の発明と同等の作用が得られる。すなわち、外気温度が比較的低いときに目標冷却水温度が比較的高温度に設定されることにより、エンジンに取り込まれる空気の温度の上昇が抑えられつつ、エンジンが適度に暖機される。また、外気温度が比較的高いときに目標冷却水温度が比較的低温に設定されることにより、エンジンに取り込まれる空気の温度の上昇が抑えられつつ、エンジンが適度に冷却される。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンの冷却水温度を目標冷却水温度に制御するようにしたエンジンの冷却装置において、エンジンの耐ノッキング性能を低下させることなく目標冷却水温度を高めることができ、冷却水温度の制御性を向上させることができる。延いては、エンジンのフリクションを低減させることができ、エンジンの燃費向上を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、外気温度が比較的低いときに目標冷却水温度を比較的高温度に設定し、外気温度が比較的高いときに目標冷却水温度を比較的低温度に設定することで、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

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。この流量制御弁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。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。

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。これらのセンサ２４〜２７は、エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する。この他、エアクリーナ６には、吸気通路４に吸入される空気の温度（吸気温度）ＴＨＩＡを検出するための吸気温センサ５１が設けられる。この吸気温センサ５１は、吸気温度ＴＨＩＡを外気温度の代わりに検出するものであり、外気温度検出手段に相当する。ここで、吸気温度ＴＨＩＡは、エンジン１の各気筒に取り込まれる空気の体積効率や充填効率、延いては、圧縮圧力を左右する因子となる。

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を制御して冷却水循環経路における冷却水の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。更に、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。加えて、ＥＣＵ３０には、車速センサ５１及び外気温センサ５２が接続される。

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、本発明における目標冷却水温度設定手段に相当する。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２１〜２８，５１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２，３に示すフローチャートに従って説明する。ＥＣＵ３０は、図２に示すルーチンを所定間隔毎に周期的に実行する。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ３０は、吸気温センサ５１の検出値から得られる吸気温度ＴＨＩＡに基づいて目標エンジン出口水温Ｔｔを算出する。この計算内容を、図３に示すフローチャートに従って詳しく説明する。

まず、ステップ１０１で、ＥＣＵ３０は、吸気温度ＴＨＩＡを読み込む。次に、ステップ１０２で、ＥＣＵ３０は、読み込んだ吸気温度ＴＨＩＡが低温か否かを判断する。ここで、「低温」として、例えば「１５℃以下」を想定する。この判断結果が肯定である場合、ステップ１０３で、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを高めの「１００℃」に設定する。一方、ステップ１０２の判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４で、ＥＣＵ３０は、読み込んだ吸気温度ＴＨＩＡが中温か否かを判断する。ここで、「中温」として、例えば「１５〜３５℃」を想定する。この判断結果が肯定である場合、ステップ１０５で、ＥＣＵ３０は、目標エンジン出口水温Ｔｔを若干低めの「９０℃」に設定する。一方、ステップ１０４の判断結果が否定である場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１０６で、目標エンジン出口水温Ｔｔを低めの「８０℃」に設定する。このようにして、ステップ１００における目標エンジン出口水温Ｔｔの算出が行われる。上記した目標エンジン出口水温Ｔｔに関する各値（１００℃、９０℃、８０℃）は、一例に過ぎない。ここで、目標エンジン出口水温Ｔｔは、本発明における目標冷却水温度に相当する。

その後、図２のフローチャートに戻り、ステップ１１０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、並びに、上記算出される目標エンジン出口水温Ｔｔ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４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、エンジン負荷ＬＥ及び目標エンジン出口水温Ｔｔ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。図４には、エンジン回転速度ＮＥのある値に対する冷却損失熱量ＱＷの変化を示す。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。また、このマップにおいて、冷却損失熱量ＱＷは、目標エンジン出口水温Ｔｔが高くなるほど多くなる。このマップは、エンジン回転速度ＮＥの各値毎に用意されている。ここで、冷却損失熱量ＱＷは、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。

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、エンジン負荷率に対応するなましエンジン負荷率が算出されることになり、図４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１２０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５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１３０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・（ＴＯold−Ｔ３） ・・・（１）

次に、ステップ１４０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、上記と同様の係数を意味する。
Ｖ２＝（ＱＷ−Ｑetc）／｛Ｃ・（Ｔｔ−Ｔ２）｝ ・・・（２）

次に、ステップ１５０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、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。

その後、ステップ１６０で、ＥＣＵ３０は、算出される指令開度ＯＤＣに基づいて流量制御弁１６を駆動制御した後、その後の処理を一旦終了する。このように流量制御弁１６の開度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。

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。

ここで、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という従来技術では、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うえ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燃費の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。この点につき、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。

一方、従来は、冷却水温度が高くなると、エンジンの耐ノッキング性能が低下する懸念があり、目標エンジン出口水温Ｔｔをあまり上げることができなかった。しかしながら、ノッキングの発生をおそれて単に目標エンジン出口水温Ｔｔを低く設定したのでは、エンジンにフリクションロスが生じ、エンジンの燃費が悪化することも考えられる。

ここで、単に目標エンジン出口水温Ｔｔを高く設定すると、エンジン出口水温ＴＯが高くなり、これにより各気筒に取り込まれる空気の温度が高くなり、エンジン１の耐ノッキング性能が低下する懸念がある。これに対し、この実施形態の冷却装置１０では、目標エンジン出口水温Ｔｔが、外気温度に相当する吸気温度ＴＨＩＡに応じて設定される。特に、この実施形態では、吸気温度ＴＨＩＡが比較的低い「１５℃以下」のときは、目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的高温度（高め）である「１００℃」に設定され、吸気温度ＴＨＩＡが比較的中程度の「１５〜３５℃」のときは、目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的中温度（若干低め）である「９０℃」に設定され、吸気温度ＴＨＩＡが比較的高い「３５℃以上」のときは、目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的低温度（低め）である「８０℃」に設定される。従って、吸気温度ＴＨＩＡが比較的低いときは、目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的高めの「１００℃」に設定されることにより、エンジン１の各気筒に取り込まれる空気の温度上昇が抑えられつつ、エンジン本体２が適度に暖機される。また、吸気温度ＴＨＩＡが比較的高いときは、目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的低めの「８０℃」に設定されることにより、エンジン１の各気筒に取り込まれる空気の温度上昇が抑えられつつ、エンジン本体２が適度に冷却される。このため、エンジン１の冷却水温度、すなわちエンジン出口水温ＴＯを目標エンジン出口水温Ｔｔに制御するようにしたエンジンの冷却装置において、エンジン１の耐ノッキング性能を低下させることなく目標エンジン出口水温Ｔｔを高めることができ、これにより冷却水温度の制御性を向上させることができる。延いては、エンジンのフリクションを低減させることができ、エンジンの燃費向上を図ることができる。

ここで、吸気温度ＴＨＩＡとノッキングとの関係を図７にグラフで示す。このグラフは、エンジンの点火時期に対する軸トルク（クランクシャフト３のトルク）の関係を吸気温度ＴＨＩＡの違いにより表したものである。このグラフから明らかなように、吸気温度ＴＨＩＡが高くなるほど軸トルクが減少し、トレースノックポイントが進角することが分かる。このことから、吸気温度ＴＨＩＡが高くなるほど、耐ノッキング性能が低下することが分かる。これに対し、この実施形態では、上記のように吸気温度ＴＨＩＡが高くなるほど目標エンジン出口水温Ｔｔが比較的低めの温度に設定されるので、吸気温度ＴＨＩＡが高くなるほどエンジン出口水温ＴＯが相対的に低くなり、これにより各気筒に取り込まれる空気の温度が低くなり、エンジン１の耐ノッキング性能の低下を抑制できることが分かる。

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、吸気温センサ５１により検出される吸気温度ＴＨＩＡを外気温度として目標エンジン出口水温Ｔｔの算出に使用したが、外気温センサにより検出される外気温度を目標エンジン出口水温Ｔｔの算出に使用してもよい。

（２）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を受放熱回路を省略してもよく、各回路３１〜３５の少なくとも一つを受放熱回路として設けてもよい。この場合も、基本的には、前記第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

エンジンシステムを示す概略構成図。 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を一部を詳しく示すフローチャート。 エンジン回転速度、エンジン負荷及び目標エンジン出口水温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。 点火時期及び吸気温度に対する軸トルクの関係を示すグラフ。

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
１６…流量制御弁（流量調整手段）
３０…ＥＣＵ（目標冷却水温度設定手段）
ＴＯ…エンジン出口水温
Ｔｔ…目標エンジン出口水温
ＱＷ…冷却損失熱量
Ｖ２…要求ラジエータ流量

Claims (2)

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、前記エンジンの冷却水温度が目標冷却水温度とな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、
   前記目標冷却水温度を外気温度に応じて設定するための目標冷却水温度設定手段を備えたことを特徴とするエンジンの冷却装置。
2. 前記目標冷却水温度設定手段は、前記外気温度が比較的低いときに前記目標冷却水温度を比較的高温度に設定し、前記外気温度が比較的高いときに前記目標冷却水温度を比較的低温度に設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却装置。

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