JP5041019B2 - 水冷式エンジンの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、水冷式エンジンの冷却装置に関し、詳しくはエンジンの高温再始動性の向上のための冷却装置の制御構造の改良に関するものである。

水冷式エンジンの冷却は、シリンダーヘッドやシリンダーブロックに形成されたウォータージャケットに冷却水を循環させるとともに、エンジンの熱を奪って高温となった冷却水を、ラジエーターに風を当てて冷却することで行われる。また車載等の水冷式エンジンの多くでは、冷却水温を検出するとともに、冷却水温が設定値以上となったときには、ラジエーターファンを作動させてラジエーターに送風することで、エンジンの冷却効率を高めるようにしている。

登坂走行や高速走行により長時間に渡って高負荷運転された直後にエンジンを停止すると、ラジエーターファンの停止と共にエンジン周囲の温度が急上昇することがある。こうした状態では、燃料温度が高くなり、デリバリーパイプ内にベーパーが発生するようになる。そのため、高温状態でエンジンを再始動すると、デリバリーパイプ内のベーパーがインジェクターに吸い込まれてしまい、適切な燃料噴射を行うことができなくなって、エンジンの始動性や始動後のアイドル安定性が悪化する。したがって、こうした高温再始動時には、エンジンの油水温を速やかに低下させて始動性やアイドル安定性を確保する必要がある。

そこで従来、特許文献１に見られるように、始動時のエンジンの冷却水温及び吸気温が高く、高温再始動であると判断されたときには、ラジエーターファンの作動に係る冷却水温の設定値を通常よりも低下させることで、高温再始動後のエンジン動作の安定化を図る技術が提案されている。

特開平０８−２０００６７号公報

こうした従来の技術によれば、エンジン始動後にその油水温をより速やかに低下させることができるため、高温再始動後のエンジン動作の安定性を高めることは可能である。しかしながら、始動開始後にラジエーターファンを作動しても、エンジンの油水温を下げるにはある程度の時間がかかるため、高温再始動時のエンジンの始動性の向上効果は自ずと限定されたものになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、高負荷運転直後の再始動時におけるエンジンの始動性を効果的に向上することのできる水冷式エンジンの冷却装置を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備える水冷式エンジンの冷却装置をその前提とするものとなっている。こうした水冷式エンジンの冷却装置では、高負荷運転直後にエンジンが停止されると、ラジエーターファンの停止と共にエンジン周囲の温度が急上昇するようになる。そしてその状態でエンジンを再始動すると、燃料のベーパー化のため、始動性が悪化する。

そこで請求項１に記載の発明では、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、その判定手段によってエンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で、同一の冷却水温における作動率が通常の高負荷運転時よりも高くなるように前記ラジエーターファンの作動率を設定する設定手段と、を備えるようにしている。こうした場合、高温再始動時に燃料のベーパーが発生するエンジンの高負荷運転時には、冷却水温が低くても、高い作動率でラジエーターファンが作動されることになる。そのため、エンジンが前記高負荷運転時であって高温再始動がなされる可能性があるときには、エンジンの運転中からエンジンの油水温を予め低下させておくことができるようになる。したがって上記構成によれば、高負荷運転直後の再始動時におけるエンジンの始動性を効果的に向上することができるようになる。

なお、高負荷運転後のエンジン停止後にラジエーターファンを作動することによっても、エンジン始動時の油水温を予め低下させておき、高温再始動性を向上することが可能ではある。ただし、エンジンの停止中は、オルタネーターやジェネレーターの作動も停止しており、その状態でラジエーターファンを作動させれば、バッテリーの放電による給電能力の低下により再始動が不能となることが懸念されるようになる。その点、上記構成では、高い作動率でのラジエーターファンの作動をエンジン運転中に行っており、そうした懸念は無いようになっている。

また本願請求項２に記載の発明は、エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備えるとともに、エンジンの冷却水温が既定の設定値以上となることを条件にラジエーターファンを作動させる水冷式エンジンの冷却装置をその前提としている。そして請求項２の発明では、上記課題を解決するため、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、その判定手段によってエンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で上記設定値を通常の高負荷運転時よりも低い値に設定する設定手段と、を備えるようにしている。

かかる構成では、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であると、ラジエーターファンの作動に係る冷却水温の設定値が通常の高負荷運転時よりも低い値に設定されるようになる。そしてその結果、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時には、低い冷却水温からラジエーターファンが作動するようになる。そのため、エンジンが前記高負荷運転時であって高温再始動がなされる可能性があるときには、エンジンの運転中からエンジンの油水温を予め低下させておくことができるようになる。したがって上記構成によれば、高温再始動時のエンジンの始動性を効果的に向上することができるようになる。

一方、本願請求項３に記載の発明は、エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備える水冷式エンジンの冷却装置をその前提とするものとなっている。そして請求項３の発明では、上記課題を解決するため、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、その判定手段によってエンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で、冷却水の目標冷却温度を通常の高負荷運転時よりも低い値に設定する設定手段と、を備えるようにしている。

かかる構成では、エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であると、冷却水の目標冷却温度が通常の高負荷運転時よりも低い値に設定されるようになる。すなわち、このときのラジエーターファンは、エンジンの冷却水を通常の高負荷運転時よりも低い温度まで冷却するように作動されるようになる。そのため、エンジンが前記高負荷運転時であって高温再始動がなされる可能性があるときには、エンジンの運転中からエンジンの油水温を予め低下させておくことができるようになる。したがって上記構成によれば、高温再始動時のエンジンの始動性を効果的に向上することができるようになる。

なお、上記発明の判定手段による判定は、例えば請求項４によるように、既定の判定期間におけるエンジンの積算吸入空気量が既定の判定値以上となることをもってエンジンが前記高負荷運転時であると判定することで行うことが可能である。

本発明の水冷式エンジンの冷却装置の一実施形態についてその全体構成を模式的に示す略図。 同実施形態の冷却装置の制御態様を従来の冷却装置の制御態様と比較して示すタイムチャート。 同実施形態に採用されるラジエーターファン制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の水冷式エンジンの冷却装置を具体化した一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の水冷式エンジンの冷却装置の全体構成を示している。同図に示すように、本実施の形態の冷却装置の適用される水冷式エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量を検出するエアフローメーター３、吸入空気量を調節するスロットルバルブ４、及びデリバリーパイプ５内に蓄圧された燃料を吸気中に噴射するインジェクター６が設けられている。こうした水冷式エンジン１には、その内部に形成されたウォータージャケットを通った冷却水を循環させる冷却水循環路７が接続されている。冷却水循環路７には、周囲の空気との熱交換で冷却水を冷却するラジエーター８が設けられ、その正面には、ラジエーター８への送風を行うための電動式のラジエーターファン９が設置されている。

ラジエーターファン９の作動は、電子制御ユニット１０により制御されるようになっている。電子制御ユニット１０には、上記エアフローメーター３の検出信号に加え、冷却水の温度を検出する水温センサー１１の検出信号が入力されている。

以上のように構成された本実施の形態にあって、電子制御ユニット１０は、冷却水温に応じてラジエーターファン９の作動制御を行っている。具体的には、電子制御ユニット１０は、冷却水温が設定値Ａ以上であれば、ラジエーターファン９を作動し、設定値Ａ未満であれば、その作動を停止するようにしている。

一方、電子制御ユニット１０は、水冷式エンジン１の運転中、同水冷式エンジン１が高負荷運転されているか否かの判定を行うようにしている。本実施の形態では、この判定は、既定の判定期間における積算吸入空気量が既定の判定値Ｂ以上となるか否かにより行われるようになっている。そしてその判定の結果に応じて、ラジエーターファン９の作動制御に係る上記設定値Ａの値を可変設定するようにしている。具体的には、電子制御ユニット１０は、水冷式エンジン１が高負荷運転されていると判定されたときには、その時点でその設定値Ａを通常よりも低い値に設定するようにしている。

図２は、こうした本実施の形態の制御態様を示している。同図に示すように、本実施の形態では、判定期間内の積算吸入空気量が判定値Ｂ以上となり、水冷式エンジン１が高負荷運転されていると判定されると、高負荷継続フラグがオン（ＯＮ）にセットされるようになる。そしてそれと共に、ラジエーターファン９の作動制御に係る上記設定値Ａの値がより高い値βからより低い値αへと変更されるようになる。

同図の例では、値αへの設定値Ａの低下に応じて、冷却水温が設定値Ａ以上となり、それによりラジエーターファン９の作動が開始されている。ここでは、このときのラジエーターファン９の作動デューティーを「１００％」に設定して、ラジエーターファン９を最大出力で作動するようにしている。そしてこれにより、以降の冷却水温の上昇が抑えられている。

なお、同図には、設定値Ａが値βに固定された場合の制御態様が破線で示されている。同図に示すように、このときの冷却水温は、値βに固定された設定値Ａを下回ったままであり、水冷式エンジン１が高負荷運転されているにも拘らず、ラジエーターファン９は作動しないままとなっている。そのため、このときの冷却水温は、時刻ｔ１以降も上昇するようになる。

図３は、こうした本実施の形態に採用されるラジエーターファン制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、水冷式エンジン１の動作中、電子制御ユニット１０により、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、水冷式エンジン１が高負荷運転されているか否かの判定が、すなわち判定期間内の積算吸入空気量が判定値Ｂ以上であるか否かの判定が行われる。ここで判定期間内の積算吸入空気量が判定値Ｂ以上であれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１において高負荷継続フラグをオンにセットした上で、ステップＳ１０２に処理が進められる。一方、判定期間内の積算吸入空気量が判定値Ｂ未満であれば（Ｓ１００：ＮＯ）、何もしないまま、ステップＳ１０２に処理が進められる。

処理がステップＳ１０２に進められると、そのステップＳ１０２において、高負荷継続フラグがオンにセットされているか否かの判定が行われる。ここで高負荷継続フラグがオンにセットされていなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、セットされていれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に処理が進められる。

処理がステップＳ１０３に進められると、そのステップＳ１０３において、冷却水温が値β以上であるか否かの判定が行われる。そして冷却水温が値β以上であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４において、冷却水温やエアコン負荷等に応じてラジエーターファン９を作動させた上で今回の本ルーチンの処理が終了される。また、冷却水温が値β未満であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、ラジエーターファン９を作動させることなく、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

一方、処理がステップＳ１０５に進められると、そのステップＳ１０５において、冷却水温が上記値βよりも小さい値α以上であるか否かの判定が行われる。ここで冷却水温が値α以上であれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６において、ラジエーターファン９を「１００％」の作動デューティーで作動させた上で、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、冷却水温が値α未満であれば（Ｓ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０７において高負荷継続フラグをオフにセットした上で、ラジエーターファン９を作動させずに、今回の本ルーチンの処理が終了される。

なお、以上説明した本実施の形態では、電子制御ユニット１０が上記判定手段、及び上記設定手段に相当する構成となっている。
以上の本実施の形態の水冷式エンジンの冷却装置によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）本実施の形態では、電子制御ユニット１０は、水冷式エンジン１が高負荷運転されているか否かを判定するとともに、高負荷運転されていると判定されたときには、その時点で、ラジエーターファン９の作動に係る冷却水温の設定値Ａを通常よりも低い値に設定するようにしている。そしてこれにより電子制御ユニット１０は、高負荷運転されていると判定されたときには、同一の冷却水温における作動率が通常よりも高くなるようにラジエーターファン９の作動率を設定するようにしている。なお、このときのラジエーターファン９の作動は、冷却水温が、通常よりも低い値に設置された設定値Ａ未満となるまで継続される。したがって、本実施の形態では、水冷式エンジン１が高負荷運転されていると判定されたときには、その時点で、冷却水の目標冷却温度が通常よりも低い値に設定されることになる。こうした本実施の形態では、水冷式エンジン１の高負荷運転時には、通常よりも低い冷却水温からラジエーターファン９が作動されることになる。そのため、水冷式エンジン１が高負荷運転されて高温再始動がなされる可能性があるときには、水冷式エンジン１の運転中からその油水温を予め低下させておくことができるようになる。したがって本実施の形態によれば、高負荷運転直後の再始動時における水冷式エンジン１の始動性を効果的に向上することができるようになる。

（２）本実施の形態では、高温再始動の可能性があるときには、水冷式エンジン１の運転中にラジエーターファン９の作動率を高めることで、再始動時の水冷式エンジン１の油水温を予め低下させておくようにしている。水冷式エンジン１の停止後にラジエーターファン９を作動することによっても、再始動時の油水温を予め低下させておき、高温再始動性を向上することが可能ではある。ただし、水冷式エンジン１の停止中は、オルタネーターやジェネレーターの作動も停止しており、その状態でラジエーターファン９を作動させれば、バッテリーの放電による給電能力の低下により再始動が不能となることが懸念されるようになる。その点、本実施の形態では、高い作動率でのラジエーターファン９の作動を水冷式エンジン１の運転中に行っており、そうした懸念は無いようになっている。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、判定期間内の積算吸入空気量に基づいて水冷式エンジン１が高負荷運転されているか否かの判定を行うようにしていたが、他の方法でその判定を行うようにすることもできる。例えば判定期間内の積算燃料噴射量に基づいても、同様の高負荷判定を行うことができる。また水冷式エンジン１が高負荷・高回転領域で運転されている期間の長さに基づいて高負荷運転されているか否かの判定を行うこともできる。更にカーナビゲーションシステムから走行路の情報を取得し、一定期間以上、登坂路走行が行われた場合には、水冷式エンジン１が高負荷運転されていると判定することも可能である。

・上記実施の形態では、水冷式エンジン１が高負荷にあるか否かによって、ラジエーターファン９の作動に係る冷却水温の設定値Ａを切り替えるようにしていたが、水冷式エンジン１の負荷に応じて設定値Ａを連続的、或いは段階的に変化させるようにすることもできる。その場合であれ、水冷式エンジン１の負荷が高いときほど、設定値Ａが低い値に設定されるのであれば、高温再始動時のエンジンの始動性を効果的に向上することが可能である。

・上記実施の形態では、ラジエーターファン９の作動に係る冷却水温の設定値Ａを低い値とすることで、ラジエーターファン９の作動率を同一の冷却水温における通常の作動率よりも高めるようにしていたが、他の態様で作動率を高めるようにしても良い。例えば冷却に応じてラジエーターファン９の作動デューティーを可変設定する場合には、同一の冷却水温における作動デューティーを通常よりも大きい値に設定することで、ラジエーターファン９の作動率を高めることができる。またラジエーターファン９を間欠作動させる場合には、その作動のインターバルを通常よりも短くすることで、ラジエーターファン９の作動率を高めることも可能である。

１…水冷式エンジン、２…吸気通路、３…エアフローメーター、４…スロットルバルブ、５…デリバリーパイプ、６…インジェクター、７…冷却水循環路、８…ラジエーター、９…ラジエーターファン、１０…電子制御ユニット（判定手段、設定手段）、１１…水温センサー。

Claims (4)

1. エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備える水冷式エンジンの冷却装置において、
   前記エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、
   その判定手段によって前記エンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で、同一の冷却水温における作動率が通常の高負荷運転時よりも高くなるように前記ラジエーターファンの作動率を設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。
2. エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備えるとともに、前記エンジンの冷却水温が既定の設定値以上となることを条件に前記ラジエーターファンを作動させる水冷式エンジンの冷却装置において、
   前記エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、
   その判定手段によって前記エンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で前記設定値を通常の高負荷運転時よりも低い値に設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。
3. エンジン内を循環した冷却水を冷却するラジエーターと、そのラジエーターへの送風を行うラジエーターファンとを備える水冷式エンジンの冷却装置において、
   前記エンジンが高温再始動時に燃料のベーパーが発生する高負荷運転時であるか否かを判定する判定手段と、
   その判定手段によって前記エンジンが前記高負荷運転時であると判定されたときには、その時点で、前記冷却水の目標冷却温度を通常の高負荷運転時よりも低い値に設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。
4. 前記判定手段は、既定の判定期間における前記エンジンの積算吸入空気量が既定の判定値以上となることをもって前記エンジンが前記高負荷運転時であると判定する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の水冷式エンジンの冷却装置。

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