JP2019027313A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水循環経路に設けられた制御弁の弁体が固着したときの電力消費量の増大を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の冷却装置は、ウォータジャケットＷ及びラジエータ１７の間で冷却水を循環させる経路を含む冷却水循環経路１００を有する。冷却水循環経路１００の途中には内燃機関１０の出力軸の回転に連動するポンプ１３と、流量を調整する制御弁１６とが設けられている。また、冷却装置は、制御弁１６の弁体を迂回してウォータジャケットＷから流出した冷却水をラジエータ１７に送液するバイパス経路５４と、バイパス経路５４の途中に設けられたリリーフ弁４０とを有している。制御装置２００は、制御弁１６の弁体の開度が所定値以下の状態で弁体が固着していること且つ冷却水の温度が判定温度以上であることを含む実行条件が満たされるときには、機関回転速度を上昇させる回転速度上昇処理を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関のウォータジャケット及びラジエータの間で冷却水を循環させる冷却水循環経路には、冷却水の流量等を調整する弁体を有する制御弁が設けられることがある。こうした制御弁の弁体が開度の小さい状態（全閉状態を含む）で固着してしまうと、冷却水循環経路における冷却水の循環量が過剰に少なくなり、オーバーヒート等の熱害が生じるおそれがある。

そこで、例えば特許文献１に記載のものでは、上記制御弁の弁体を迂回するバイパス経路を冷却水循環経路に設けるとともに、バイパス経路の途中にはウォータポンプの吐出流量が通常時よりも多くなると開弁するリリーフ弁を設けている。そして、制御弁の弁体が固着しているときには、ウォータポンプの吐出流量を通常時よりも多くすることにより、バイパス経路に設けられたリリーフ弁を開弁させるようにしている。こうしてリリーフ弁が開弁すると、冷却水は制御弁を迂回して冷却水循環経路を循環するようになるため、ラジエータで冷却水が冷却されるようになり、オーバーヒート等の発生が抑えられる。

特許第４８８３２２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のウォータポンプは電動式のウォータポンプであるため、制御弁の弁体が固着したときに吐出流量が通常時よりも多くされると、電力消費量が増大してしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水循環経路に設けられた制御弁の弁体が固着したときの電力消費量の増大を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、内燃機関のウォータジャケット及びラジエータの間で冷却水を循環させる経路を含む冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路の途中に設けられて前記内燃機関の出力軸の回転に連動するポンプと、前記冷却水循環経路の途中に設けられて開度が大きくなるほど前記冷却水循環経路内を流れる冷却水の流量が多くなる弁体を有した制御弁と、前記制御弁の弁体を迂回して前記ウォータジャケットから流出した冷却水を前記ラジエータに送液するバイパス経路と、前記バイパス経路の途中に設けられて同バイパス経路内の圧力が所定の開弁圧以上になると開弁するリリーフ弁と、を有する冷却装置を備える内燃機関に適用される制御装置である。そして、この制御装置は、前記弁体の開度が予め定められた所定値以下の状態で前記弁体が固着していること且つ前記冷却水の温度が予め定められた判定温度以上であることを含む実行条件が満たされるときには、前記バイパス経路内の圧力が前記開弁圧以上になる回転速度域まで機関回転速度を上昇させる回転速度上昇処理を実行する。

同構成では、冷却水循環経路の途中に設けられるポンプが内燃機関の出力軸の回転に連動するポンプとなっている。そのため、機関回転速度の上昇に伴ってポンプの吐出流量は増大し、そうした吐出流量の増大に伴って上記バイパス経路内の圧力（冷却水の圧力）は高くなる。

そこで、同構成では、上記制御弁の弁体の開度が予め定められた所定値以下の状態、つまり冷却水循環経路における冷却水の循環量が過剰に少なくなっていると判定できる状態で弁体が固着しており、且つ冷却水の温度が予め定められた判定温度以上であって冷却水の温度が過剰に高いと判定できる状態のとき、つまりこのままではオーバーヒート等の熱害発生が懸念されるときには、バイパス経路内の圧力が上記リリーフ弁の開弁圧以上になる回転速度域まで機関回転速度を上昇させるようにしている。このようにして機関回転速度を上昇させると、バイパス経路のリリーフ弁が開弁することにより、バイパス経路を通過した冷却水がラジエータで冷やされるようになるため、オーバーヒート等の熱害発生が抑えられる。

ここで、同構成では、バイパス経路のリリーフ弁を開弁させるためのポンプの吐出流量の増大が機関回転速度の上昇によって行われるため、従来のように電動式のウォータポンプにおいて吐出流量を増大させる場合と比較して、冷却水循環経路に設けられた制御弁の弁体が固着したときの電力消費量の増大を抑えることができる。

内燃機関の制御装置の一実施形態が適用される車両の模式図。 同実施形態の冷却装置が備える制御弁の弁位相と各ポートの開口率との関係を示すグラフ。 同実施形態において温度上昇抑制制御を実行するときの一連の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において機関回転速度とバイパス経路内の圧力との関係を示すグラフ。 同実施形態における温度上昇抑制制御の実施による作用を示すタイミングチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。なお、本実施形態の制御装置は、冷却水を利用した冷却装置を有して車両に搭載される内燃機関に適用される。

図１に示すように、車両１に搭載された内燃機関１０の冷却装置は、内燃機関１０のウォータジャケットＷ及びラジエータ１７の間で冷却水を循環させるラジエータ用冷却水経路５１を含む冷却水循環経路１００を備えている。なお、冷却水循環経路１００は途中で分岐しており、暖房用のヒータコア１８に冷却水を循環させるヒータ用冷却水経路５２や、ヒータコア１８とは異なる別のデバイス１９（例えばＥＧＲバルブ、ＥＧＲクーラ、オイルクーラ、ＡＴＦウォーマなど）に冷却水を循環させるデバイス用冷却水経路５３を含んでいる。

内燃機関１０のシリンダブロック１１には、冷却水が流れるブロック側ウォータジャケット１４が設けられており、内燃機関１０のシリンダヘッド１２には、ブロック側ウォータジャケット１４を通過した冷却水が流れるヘッド側ウォータジャケット１５が設けられている。これらブロック側ウォータジャケット１４及びヘッド側ウォータジャケット１５によって内燃機関１０のウォータジャケットＷが構成されている。

ブロック側ウォータジャケット１４の入口には、ポンプ１３が接続されている。このポンプ１３は、内燃機関１０の出力軸（クランクシャフト）の回転に連動する機械式のポンプであり、ポンプ１３から吐出された冷却水はブロック側ウォータジャケット１４に導入される。また、内燃機関１０の出力軸には、周知の無段変速機３００が接続されている。

ヘッド側ウォータジャケット１５の出口には、冷却水循環経路１００における冷却水経路の切り替えや冷却水循環経路１００を流れる冷却水の流量を調整する制御弁１６の入口ポートが接続されている。この制御弁１６は、開度が大きくなるほど冷却水循環経路１００を流れる冷却水の流量が多くなる弁体を有している。

制御弁１６は、冷却水の出口となる出口ポートとして、ラジエータポートＰ１、ヒータポートＰ２、及びデバイスポートＰ３の３つが設けられている。
ラジエータポートＰ１には、外気との熱交換を通じて冷却水を冷却するラジエータ１７が途中に設けられた上記ラジエータ用冷却水経路５１が接続されている。また、ヒータポートＰ２には、冷却水との熱交換によって車室に送風される空気を温めるヒータコア１８が途中に設けられた上記ヒータ用冷却水経路５２が接続されている。そして、デバイスポートＰ３には、上記デバイス１９が途中に設けられた上記デバイス用冷却水経路５３が接続されている。

ラジエータ用冷却水経路５１の下流端は、ポンプ１３の吸入口に接続されている。従って、ラジエータ用冷却水経路５１は、ウォータジャケットＷを通過した冷却水が、制御弁１６のラジエータポートＰ１、ラジエータ１７を経由してポンプ１３に戻る経路になっている。つまりラジエータ用冷却水経路５１は、ウォータジャケットＷとラジエータ１７とを接続してウォータジャケットＷとラジエータ１７との間で冷却水を循環させる経路になっている。

また、ヒータ用冷却水経路５２の下流端は、ラジエータ用冷却水経路５１におけるラジエータ１７とポンプ１３との間の部分に接続されている。従って、ヒータ用冷却水経路５２は、ウォータジャケットＷを通過した冷却水が、制御弁１６のヒータポートＰ２及びヒータコア１８を経由してポンプ１３に戻る経路になっている。つまりヒータ用冷却水経路５２は、ウォータジャケットＷとヒータコア１８とを接続してウォータジャケットＷとヒータコア１８との間で冷却水を循環させる冷却水経路になっている。

そして、デバイス用冷却水経路５３の下流端は、ヒータ用冷却水経路５２においてヒータコア１８よりも下流の部分に接続されている。従って、デバイス用冷却水経路５３は、ウォータジャケットＷを通過した冷却水が、制御弁１６のデバイスポートＰ３、デバイス１９を経由してポンプ１３に戻る経路になっている。つまりデバイス用冷却水経路５３は、ウォータジャケットＷとデバイス１９とを接続してウォータジャケットＷとデバイス１９との間で冷却水を循環させる冷却水経路になっている。

制御弁１６には、同制御弁１６の入口ポート側と上記ラジエータ用冷却水経路５１におけるラジエータ１７よりも上流側の部分とを連通させるバイパス経路５４が接続されている。このバイパス経路５４は、制御弁１６の弁体を迂回してヘッド側ウォータジャケット１５から流出した冷却水をラジエータ１７に送液する経路になっている。

バイパス経路５４の途中には、バイパス経路５４内の圧力（冷却水の圧力）が所定の開弁圧Ｐｃ以上になった場合、あるいはバイパス経路５４内の冷却水の温度が所定の開弁温度Ｔｃ以上になった場合に開弁するリリーフ弁４０が設けられている。なお、こうしたリリーフ弁４０を制御弁１６に内蔵してもよい。

上記制御弁１６の弁体は電動モータによって回動される。そして、制御弁１６の弁体の動作位置（以下、弁位相θと記載する）により、弁体の開度が、より詳細には制御弁１６が備える上記３つの吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率が変化する。なお、開口率は、それぞれの吐出ポートＰ１〜Ｐ３における、全開時の開口面積を「１００％」としたときの開口面積の比率を表す。

図２に、制御弁１６の弁位相θと、ラジエータポートＰ１、ヒータポートＰ２、及びデバイスポートＰ３のそれぞれの開口率との関係を示す。弁位相θは、すべての吐出ポートＰ１〜Ｐ３が全閉になる位置を弁位相が「０°」の位置とし、その位置からのプラス方向、あるいはマイナス方向への弁体の回転角度を表している。なお、ここでのプラス方向とは、図２のグラフ横軸において図中右側に弁位相θが変化する方向への弁体の回転方向を指し、マイナス方向とは、図中左側に弁位相θが変化する方向への弁体の回転方向を指す。

同図２に示すように、各吐出ポートＰ１〜Ｐ３の開口率は、弁体の弁位相θにより変化するように設定されている。なお、「０°」よりもプラス側の弁位相θの範囲は、外気温が低く、車室において暖房が使用される可能性が高いときに主に使用される弁位相θの範囲であって「冬モード使用域」とされている。車室内の暖房要求が有るときには、この「冬モード使用域」が使用される。また、「０°」よりもマイナス側の弁位相θの範囲は、外気温が高く、車室において暖房が使用される可能性が低いときに主に使用される弁位相θの範囲であって「夏モード使用域」とされている。車室内の暖房要求が無いときには、この「夏モード使用域」が使用される。なお、車室内の暖房要求の有無は、例えば外気温に基づき判断されて、外気温が規定値以下の場合には、暖房要求の有りとされる。

弁位相θが「０°」の位置から弁体をプラス方向に回転させると、まずヒータポートＰ２が開き始め、プラス方向への弁位相θの増加に応じてヒータポートＰ２の開口率が次第に大きくなる。ヒータポートＰ２が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、次にデバイスポートＰ３が開き始め、プラス方向への弁位相θの増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達すると、ラジエータポートＰ１が開き始め、プラス方向への弁位相θの増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなり、最終的には、ラジエータポートＰ１が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達する。

一方、弁位相θが「０°」の位置から弁体をマイナス方向に回転させると、まずデバイスポートＰ３が開き始め、マイナス方向への弁位相θの増加に応じてデバイスポートＰ３の開口率が次第に大きくなる。そして、デバイスポートＰ３が全開に達する位置、すなわちその開口率が「１００％」に達する位置よりも少し手前の位置から、ラジエータポートＰ１が開き始め、マイナス方向への弁位相θの増加に応じてラジエータポートＰ１の開口率が次第に大きくなり、最終的には、ラジエータポートＰ１が全開に、すなわちその開口率が「１００％」に達する。

なお、弁位相θが「０°」の位置よりもマイナス側になる領域では、ヒータポートＰ２は常に全閉となっている。
内燃機関１０、制御弁１６、無段変速機３００などを制御する制御装置２００は、内燃機関１０の運転制御、冷却制御、変速制御に関する各種演算を行う中央演算処理装置や、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリなどを備えるコンピュータユニットとして構成されている。

制御装置２００には、内燃機関１０や車両１の運転状態に関する各種情報、例えば機関回転速度ＮＥを検出するためのクランク角センサ２１０の信号や、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ２２０の信号や、車両１の車速ＳＰを検出する車速センサ２３０の信号などが入力されている。また、制御装置２００には、ウォータジャケットＷで受熱した冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ２４０の信号や、制御弁１６の実際の弁位相θを検出するポジションセンサ２５０の検出信号も入力されている。なお、本実施形態では、ウォータジャケットＷで受熱した冷却水の温度として、ヘッド側ウォータジャケット１５から流出する直前の冷却水の温度を検出するようにしているが、他の部位の温度を検出してもよい。

制御装置２００は、冷却水の温度を機関運転状態に応じた適切な温度にするための水温制御として、制御弁１６の弁位相θが目標位相θｐと一致するように弁体の電動モータに印加する電圧のデューティ比をフィードバック調整する。そして、目標位相θｐを以下のようにして設定する。

まず、車両のイグニッションスイッチがオフされると、弁位相θの目標値である目標位相θｐは、吐出ポートＰ１〜Ｐ３のすべてが閉じられる弁位相θである「０°」に設定される。従って、イグニッションスイッチがオンにされたときには、制御弁１６の弁体が弁位相θ＝「０°」となる位置に位置している。

制御装置２００は、冷却水温ＴＨＷが規定の水停止解除温度Ｔα未満の場合、目標位相θｐを「０°」に保持している。水停止解除温度Ｔαは、内燃機関１０の暖機（冷却水の暖機）が完了したと判定する冷却水温ＴＨＷである暖機完了温度Ｔβよりも低い温度に設定されている。このときには、吐出ポートＰ１〜Ｐ３がすべて閉じられるため、各冷却水経路での冷却水の流れが制御弁１６で堰き止められる。そして、これにより、ウォータジャケットＷに冷却水を留めて同冷却水の昇温を促すことで、内燃機関１０の暖機を促進する。

また、制御装置２００は、冷却水温ＴＨＷが水停止解除温度Ｔα以上、且つ暖機完了温度Ｔβ未満の場合、暖房要求の有無と、冷却水温ＴＨＷとに基づき、目標位相θｐを設定する。

上記のように冷却水温ＴＨＷが水停止解除温度Ｔα未満の場合、目標位相θｐは「０°」に保持される。そして、暖房要求が有る場合の目標位相θｐは、水停止解除温度Ｔαを超えて冷却水温ＴＨＷが上昇するにつれ、「０°」からプラス方向に大きくされていき、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度Ｔβとなったときには、冬モード使用域におけるラジエータポートＰ１が開く直前の位置に達するように設定される。一方、暖房要求が無い場合の目標位相θｐは、水停止解除温度Ｔαを超えて冷却水温ＴＨＷが上昇するにつれ、「０°」からマイナス方向に大きくされていき、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度Ｔβとなったときには、夏モード使用域におけるラジエータポートＰ１が開く直前の位置に達するように設定される。

冬モード使用域あるいは夏モード使用域においてラジエータポートＰ１が開く直前の位置に達するように目標位相θｐが設定されると、制御弁１６ではヒータポートＰ２及びデバイスポートＰ３の少なくとも一方が開かれて、冷却水を搬送媒体としたヒータコア１８やデバイス１９への内燃機関１０の熱供給が開始される。また、ウォータジャケットＷにも冷却水が流れ始め、その流量は、冷却水温ＴＨＷの上昇に応じて増大するようになる。ただし、このときのラジエータポートＰ１は閉じられており、ラジエータ１７で冷却水が冷却されないようになっている。

さらに、制御装置２００は、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度Ｔβ以上の場合、冷却水温ＴＨＷを、内燃機関１０の運転状態に応じて設定された目標水温ＴＨＷｐにするために、目標位相θｐを冷却水温ＴＨＷに応じてフィードバック調整する。すなわち、冷却水温ＴＨＷが目標水温ＴＨＷｐよりも低い場合には、ラジエータポートＰ１の開口率が減少するように目標位相θｐを調整し、冷却水温ＴＨＷが目標水温ＴＨＷｐよりも高い場合には、ラジエータポートＰ１の開口率が増大するように目標位相θｐを調整する。

また、制御装置２００は、無段変速機３００の変速制御として、アクセル操作量ＡＣＣＰ及び車速ＳＰ等に基づいた通常用ギア比Ｇｎを算出し、この通常用ギア比Ｇｎを目標ギア比Ｇｐに設定する。そして、制御装置２００は、無段変速機３００のギア比が目標ギア比Ｇｐとなるように無段変速機３００の変速を実施する。

ところで、制御弁１６の弁体が開度の小さい状態（全閉状態を含む）で固着してしまうと、冷却水循環経路１００における冷却水の循環量が過剰に少なくなって、オーバーヒート等の熱害が生じるおそれがある。

こうした不具合の発生を抑えるために、制御装置２００は、以下に説明する温度上昇抑制制御を実行する。
図３に、温度上昇抑制制御の処理手順を示す。なお、この処理手順は、制御装置２００によって所定周期毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されると、制御装置２００は、実行中フラグＦが「０」であるか否かを判定する（Ｓ１００）。この実行中フラグＦは、後述の回転速度上昇処理が実施されているときには「１」に設定される一方、回転速度上昇処理が実施されていないときには「０」に設定される。なお、実行中フラグＦの初期値は「０」に設定されている。

実行中フラグＦが「０」であるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、制御装置２００は、現在の弁位相θの絶対値θＡが閾値α以下であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。
このステップＳ１００は、制御弁１６の弁体の開度が予め定められた閾値α以下の状態になっているか否かを制御装置２００が判定する処理となっている。そして、上記閾値αには、現在の弁位相θの絶対値θＡが閾値α以下になっていることに基づき、現在の制御弁１６の弁体の開度は、冷却水循環経路１００における冷却水の循環量が過剰に少なくなることで上述した熱害の発生が懸念される程度に小さくなっていることを的確に判定できる値が設定されている。

そして、現在の弁位相θの絶対値θＡが閾値α以下であるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、制御弁１６の弁体に固着異常が有るか否かを判定する（Ｓ１２０）。こうした弁体の固着異常の判定は適宜行うことができる。例えば、弁位相θと目標位相θｐとの乖離が所定値以上となっている状態が予め定めた時間以上に継続した場合に、弁体の固着異常有りと判定することができる。

そして、制御弁１６の弁体に固着異常が有るときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、現在の冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。温度判定値Ｔ１は、リリーフ弁４０の上記開弁温度Ｔｃよりも低い温度であって、冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ１以上になっていることに基づき、現在の冷却水温ＴＨＷは冷却水の沸騰が懸念される程度にまで高くなっていることを的確に判定できる値が設定されている。

そして、冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ１以上であるときには（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、現在のアクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β以上であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。閾値βは、アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β以上になっていることに基づき、内燃機関１０の機関負荷の状態が、冷却水の温度上昇を助長する程度に内燃機関１０から熱が発生する負荷状態になっていることを的確に判定できる値が設定されている。なお、本実施形態では、減速時の燃料カットを実行する条件として設定されているアクセル操作量ＡＣＣＰ（例えば「０」など）よりも若干大きい値を閾値βとして設定しているが、他の値を設定してもよい。また、本処理では、機関負荷の指標値としてアクセル操作量ＡＣＣＰを用いているが、他の値、例えば吸入空気量などから機関負荷を求め、その求められた機関負荷を上記閾値βに相当する機関負荷と比較してもよい。

アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β以上であるときには（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、機関回転速度を上昇させる回転速度上昇処理として、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０の各処理を実行する。

まず、ステップＳ１５０では、制御装置２００は、開弁用ギア比Ｇｋを算出する（Ｓ１５０）。この開弁用ギア比Ｇｋは、以下に説明する値である。
図３に、機関回転速度とバイパス経路５４内の圧力（＝リリーフ弁４０に作用する圧力）との関係を示す。

冷却水循環経路１００の途中に設けられたポンプ１３は、内燃機関１０の出力軸の回転に連動するポンプとなっている。そのため、図３に示すように、機関回転速度の上昇に伴ってポンプ１３の吐出流量は増大していき、そうした吐出流量の増大に伴ってバイパス経路５４内の圧力（冷却水の圧力）は徐々に高くなっていく。そして、機関回転速度がある程度高くなると、バイパス経路５４内の圧力は、リリーフ弁４０の上記開弁圧Ｐｃに達するようになり、その後も機関回転速度の上昇に伴ってバイパス経路５４内の圧力は増大していく。

このように、バイパス経路５４内の圧力が開弁圧Ｐｃ以上になる回転速度域Ｒにまで機関回転速度を上昇させることによりリリーフ弁４０は開弁する。ただし、リリーフ弁４０を開弁させるために機関回転速度を上げすぎると内燃機関１０の温度が上がりすぎて熱害が発生するおそれがある。そのため、本実施形態では、回転速度域Ｒにおいて最も低い機関回転速度を開弁回転速度ＮＥｋとしたときに、この開弁回転速度ＮＥｋまで機関回転速度を上昇させる。

そして、こうした機関回転速度の上昇に伴う車速変化を抑制するために、本実施形態の回転速度上昇処理では、無段変速機３００のギア比が上記通常用ギア比Ｇｎよりも大きくなるように当該無段変速機３００を変速させる。すなわち、ステップＳ１５０では、現状の車速を維持しつつ機関回転速度を開弁回転速度ＮＥｋにまで上昇させるために必要なギア比である開弁用ギア比Ｇｋを次式（１）に基づいて算出する。

Ｇｋ＝（ＮＥｋ／ＮＥ）×Ｇｎ …（１）
Ｇｋ：開弁用ギア比
ＮＥｋ：開弁回転速度
ＮＥ：現在の機関回転速度
Ｇｎ：現在設定されている通常用ギア比

開弁用ギア比Ｇｋを算出すると、制御装置２００は、現在設定されている通常用ギア比Ｇｎから開弁用ギア比Ｇｋに目標ギア比Ｇｐを変更して変速を実施する（Ｓ１６０）。

こうして無段変速機３００のギア比が開弁用ギア比Ｇｋとなるように変速を実施すると、制御装置２００は、実行中フラグＦを「１」に設定して（Ｓ１７０）、本処理を一旦終了する。

上記ステップＳ１００にて、実行中フラグＦが「０」ではないと判定されるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、現在、上記の回転速度上昇処理が実行されており、機関回転速度は開弁回転速度ＮＥｋまで上昇している状態になっている。そして、ステップＳ１００にて否定判定されるときには、制御装置２００は、現在の冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ２以下であるか否かを判定する（Ｓ１８０）。温度判定値Ｔ２は、上記温度判定値Ｔ１よりも低い温度であって、例えば上記回転速度上昇処理の実行による冷却水温の過剰な低下を抑えるうえで適切な値が設定されている。

冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ２以下であるときには、制御装置２００は、現在設定されている開弁用ギア比Ｇｋから通常用ギア比Ｇｎに目標ギア比Ｇｐを変更して、無段変速機３００の変速を実施する（Ｓ２００）。このステップＳ２００の処理が実施されると、機関回転速度を開弁回転速度ＮＥｋにまで上昇させる回転速度上昇処理が終了する。

そして、無段変速機３００のギア比が通常用ギア比Ｇｎとなるように変速を実施すると、制御装置２００は、実行中フラグＦを「０」に設定して（Ｓ２１０）、本処理を一旦終了する。

上記ステップＳ１８０にて、冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ２以下ではないと判定されるときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、制御装置２００は、現在のアクセル操作量ＡＣＣＰが上記閾値β未満であるか否かを判定する（Ｓ１９０）。そして、アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β未満であるときには（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、制御装置２００は、上述したステップＳ２００及びステップＳ２１０の各処理を実行して、本処理を一旦終了する。

他方、上記ステップＳ１１０、上記ステップＳ１２０、上記ステップＳ１３０、上記ステップＳ１４０、及び上記ステップＳ１９０のいずれかにて否定判定される場合には、制御装置２００は、本処理を一旦終了する。

図５を参照して、上述した温度上昇抑制制御の実施による作用を説明する。
時刻ｔ１において、弁位相θの絶対値θＡが閾値α以下の状態で制御弁１６の弁体に固着異常が発生し、時刻ｔ２において冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ１に達した時点でアクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β以上になっていると、上記回転速度上昇処理が開始される。この回転速度上昇処理では、無段変速機３００のギア比が通常用ギア比Ｇｎから開弁用ギア比Ｇｋに変更される。このようにしてギア比が通常用ギア比Ｇｎから開弁用ギア比Ｇｋに変更されると、車速が変化することなく、機関回転速度は開弁回転速度ＮＥｋにまで上昇する。機関回転速度が開弁回転速度ＮＥｋまで上昇すると、ポンプ１３の吐出流量が増大してバイパス経路５４内の圧力（冷却水の圧力）が開弁圧Ｐｃに達するようになり、リリーフ弁４０が開弁する。こうしたリリーフ弁４０の開弁により、バイパス経路５４を流れる冷却水の流量であるバイパス流量が増大する。

バイパス流量が増大すると、ラジエータ１７を通過する冷却水の量が増えるため、時刻ｔ２以降、冷却水温ＴＨＷは低下していき、冷却水の過剰な温度上昇が抑えられる。
その後、時刻ｔ３において冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ２にまで低下すると、無段変速機３００のギア比は開弁用ギア比Ｇｋから通常用ギア比Ｇｎに変更されることにより回転速度上昇処理は終了される。このようにしてギア比が開弁用ギア比Ｇｋから通常用ギア比Ｇｎに変更されると、車速が変化することなく、機関回転速度は開弁回転速度ＮＥｋから低下する。機関回転速度が低下すると、ポンプ１３の吐出流量が減少してバイパス経路５４内の圧力（冷却水の圧力）が開弁圧Ｐｃよりも低下するようになり、リリーフ弁４０が閉弁する。こうしたリリーフ弁４０の閉弁によりバイパス流量は減少していく。

バイパス流量が減少すると、ラジエータ１７を通過する冷却水の量が減るため、時刻ｔ３以降、冷却水温ＴＨＷは再び上昇していき、時刻ｔ４において冷却水温ＴＨＷが温度判定値Ｔ１に達すると、再び上述した回転速度上昇処理が開始されることにより、時刻ｔ４以降、冷却水温ＴＨＷは低下していく。

また、時刻ｔ４以降の回転速度上昇処理の実行中に、アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値βよりも小さくなると（時刻ｔ５）、回転速度上昇処理は終了される。この時刻ｔ５以降においてアクセル操作量ＡＣＣＰが閾値βよりも小さい状態が継続している間は、冷却水の温度上昇を助長するほど内燃機関１０からは熱が発生しないため、回転速度上昇処理を実行しなくても、冷却水温ＴＨＷの上昇は抑えられる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）制御弁１６の弁体の開度（弁位相θ）が予め定められた所定値（閾値α）以下の状態、つまり冷却水循環経路１００における冷却水の循環量が過剰に少なくなっていると判定できる状態で弁体が固着しており、且つ冷却水温ＴＨＷが予め定められた判定温度（温度判定値Ｔ１）以上であって冷却水の温度が過剰に高いと判定できる状態のとき、つまりこのままではオーバーヒート等の熱害発生が懸念されるときには、バイパス経路５４内の圧力がリリーフ弁４０の開弁圧Ｐｃ以上になる回転速度域Ｒにまで機関回転速度を上昇させる回転速度上昇処理を実行するようにしている。このようにして機関回転速度を上昇させると、バイパス経路５４のリリーフ弁４０が開弁することにより、バイパス経路５４を通過した冷却水がラジエータ１７で冷やされるようになるため、オーバーヒート等の熱害発生が抑えられるようになる。

（２）また、バイパス経路５４のリリーフ弁４０を開弁させるためのポンプ１３の吐出流量の増大が機関回転速度の上昇によって行われるため、従来のように電動式のウォータポンプにおいて吐出流量を増大させる場合と比較して、冷却水循環経路１００に設けられた制御弁１６の弁体が固着したときの電力消費量の増大を抑えることができるようになる。

（３）回転速度上昇処理による機関回転速度の変更は、無段変速機３００のギア比を変更することによって行われるため、機関回転速度の変化に伴う車速の変化が抑えられるようになる。そのため、例えば機関回転速度の変化に伴う車速変化によるドライバビリティの悪化などを抑えることができる。

（４）回転速度上昇処理は、アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β以上のときに実行される処理であり、アクセル操作量ＡＣＣＰが閾値β未満であって冷却水の温度上昇を助長するほど内燃機関１０からは熱が発生しない状況のときには、回転速度上昇処理は実行されない。そのため、不要な回転速度上昇処理の実行を抑えることができる。

（５）回転速度上昇処理では、機関回転速度を上記開弁回転速度ＮＥｋにまで上昇させるのであるが、この開弁回転速度ＮＥｋは、上記回転速度域Ｒにおいて最も低い機関回転速度になっている。そのため、回転速度上昇処理の実行による機関回転速度の上昇によって内燃機関１０の温度が上がることを極力抑えることができるようになり、内燃機関１０における熱害の発生を抑えることができる。

（６）上記ポンプ１３が、電動式のウォータポンプである場合には、ポンプ部を駆動するモータやモータを駆動する駆動回路などが必要なために冷却装置の構造が複雑になる。また、内燃機関１０の出力軸に連動して回転するポンプ１３とは異なり、電動式のウォータポンプでは、モータの回転を制御しなければならないため、冷却装置の制御も複雑になる。この点、本実施形態ではポンプ１３が、内燃機関１０の出力軸に連動して回転するポンプであるため、電動式のウォータポンプである場合と比較して、冷却装置の構造や制御が複雑化することを抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・アクセル操作量ＡＣＣＰを閾値βと比較するようにしたが、こうした処理を省略してもよい。例えば、先の図３に示したステップＳ１４０の処理を省略して、ステップＳ１３０で肯定判定されるときにはステップＳ１５０の処理を実行するとともに、ステップＳ１９０の処理を省略して、ステップＳ１８０で否定判定されるときには先の図３に示した一連の処理を一旦終了させるようにしてもよい。

・上述した回転速度上昇処理では、回転速度域Ｒにおいて最も低い機関回転速度である上記開弁回転速度ＮＥｋにまで機関回転速度を上昇させるようにした。この他、内燃機関１０における熱害の発生を抑えることができるのであれば、回転速度上昇処理を実行することによって機関回転速度を、回転速度域Ｒにおいて上記開弁回転速度ＮＥｋよりも高い回転速度にまで上昇させるようにしてもよい。

・上述した回転速度上昇処理では、変速機のギア比を変更することによって機関回転速度を上昇させるようにしたが、他の方法で機関回転速度を上昇させてもよい。例えば、吸入空気量や燃料噴射量を増やしたり、燃料の噴射時期を変更するなど、ギア比変更以外の周知の方法で機関回転速度を上昇させてもよい。

・上記実施形態の変速機は無段変速機であったが、多段変速機でもよい。この多段変速機を備える場合には、回転速度上昇処理の実行に際して、上記式（１）で算出された開弁用ギア比Ｇｋ以上のギア比となる変速段に変速することにより、機関回転速度を少なくとも開弁回転速度ＮＥｋ以上の回転速度にまで上昇させることができる。

・ラジエータ用冷却水経路５１、ヒータ用冷却水経路５２、及びデバイス用冷却水経路５３の流量調整を１つの制御弁１６で行うようにした。この他、冷却水経路の流量調整を実施する制御弁を、ラジエータ用冷却水経路５１、ヒータ用冷却水経路５２、及びデバイス用冷却水経路５３のそれぞれに設けるようにしてもよい。

・ヒータコア１８やヒータ用冷却水経路５２を省略してもよい。
・デバイス１９やデバイス用冷却水経路５３を省略してもよい。

１…車両、１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１３…ポンプ、１４…ブロック側ウォータジャケット、１５…ヘッド側ウォータジャケット、１６…制御弁、１７…ラジエータ、１８…ヒータコア、１９…デバイス、４０…リリーフ弁、５１…ラジエータ用冷却水経路、５２…ヒータ用冷却水経路、５３…デバイス用冷却水経路、５４…バイパス経路、１００…冷却水循環経路、２００…制御装置、２１０…クランク角センサ、２２０…アクセルセンサ、２３０…車速センサ、２４０…水温センサ、２５０…ポジションセンサ、３００…無段変速機、Ｐ１…ラジエータポート、Ｐ２…ヒータポート、Ｐ３…デバイスポート、Ｗ…ウォータジャケット。

Claims (1)

1. 内燃機関のウォータジャケット及びラジエータの間で冷却水を循環させる経路を含む冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路の途中に設けられて前記内燃機関の出力軸の回転に連動するポンプと、前記冷却水循環経路の途中に設けられて開度が大きくなるほど前記冷却水循環経路内を流れる冷却水の流量が多くなる弁体を有した制御弁と、前記制御弁の弁体を迂回して前記ウォータジャケットから流出した冷却水を前記ラジエータに送液するバイパス経路と、前記バイパス経路の途中に設けられて同バイパス経路内の圧力が所定の開弁圧以上になると開弁するリリーフ弁と、を有する冷却装置を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記弁体の開度が予め定められた所定値以下の状態で前記弁体が固着していること且つ前記冷却水の温度が予め定められた判定温度以上であることを含む実行条件が満たされるときには、前記バイパス経路内の圧力が前記開弁圧以上になる回転速度域にまで機関回転速度を上昇させる回転速度上昇処理を実行する
   内燃機関の制御装置。