以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
−エンジン冷却装置の構成−
図1は、本発明の実施形態1に係るエンジン冷却装置A及びエンジン油温制御装置Bの構成を模式的に示す。このエンジン冷却装置Aは、エンジン(例えば直列4気筒エンジン)の本体部10を構成するシリンダブロック11及びシリンダヘッド12にそれぞれ形成されたウォータジャケット13,14と、外気によって冷却水(冷却液)を冷やすために車両の前部等に配設されたラジエータ15と、このラジエータ15及びエンジン本体部10の間で冷却水を循環させるための第1及び第2通路16,17と、ラジエータ15を迂回してエンジン本体部10との間で冷却水を循環させるためのバイパス通路18と、シリンダブロック11のウォータジャケット13に冷却水を送給する電動ウォータポンプ(以下、単に電動ポンプといい、W/Pともいう)19とを備えている。
尚、シリンダブロック11のウォータジャケット13、シリンダヘッド12のウォータジャケット14、第1及び第2通路16,17、後述の導入路20、並びに後述の導出路21、又はシリンダブロック11のウォータジャケット13、シリンダヘッド12のウォータジャケット14、第1及び第2通路16,17、導入路20、導出路21、並びに後述のオイルクーラ通路22がメイン回路を構成している。また、シリンダブロック11のウォータジャケット13、シリンダヘッド12のウォータジャケット14、第1通路16、バイパス通路18、導入路20、及び導出路21、又はシリンダブロック11のウォータジャケット13、シリンダヘッド12のウォータジャケット14、第1通路16、バイパス通路18、導入路20、導出路21、及びオイルクーラ通路22がサブ回路を構成している。そして、これらのメイン回路及びサブ回路が冷却水回路(冷却液回路)を構成している。
シリンダブロック11のウォータジャケット13は、4つのシリンダ(図示せず)の外周を囲むようにしてシリンダブロック11の長手方向(シリンダ列方向であり、以下、エンジン前後方向ともいう)全体に亘って形成され、その前端部に開口する導入路20を介して電動ポンプ19の吐出側に連通している。
また、シリンダブロック11のウォータジャケット13は、シリンダブロック11の前端側のトップデッキに形成された主要な孔部(図示せず)と、シリンダヘッド12の前端側のボトムデッキに形成された主要な孔部(図示せず)とを介して、シリンダヘッド12のウォータジャケット14にも連通しており、これにより、上記のようにシリンダブロック11のウォータジャケット13を流れる冷却水は、順次、シリンダヘッド12のウォータジャケット14に流通するようになっている。
シリンダヘッド12のウォータジャケット14は、各シリンダの吸排気ポートやプラグホール(図示せず)の外周を包み込むようにしてシリンダヘッド12の長手方向全体に亘って形成され、その後端部に開口する導出路21を介して第1通路16に連通している。また、その導出路21には、オイルクーラ31との間で冷却水を循環させるためのオイルクーラ通路22(オイル熱交換器通路)も連通している。このオイルクーラ通路22は、第1通路16の上流端部から分岐して、この分岐部よりも下流側で第1通路16に合流している。以上により、シリンダヘッド12のウォータジャケット14を流通した比較的高温の冷却水は、導出路21から第1通路16又はオイルクーラ通路22に流出するようになる。そして、オイルクーラ通路22内を流通する比較的高温の冷却水は、オイルクーラ通路22に配設されたオイルクーラ31においてオイルと熱交換した後に、第1通路16に流出する。
また、第1通路16の下流端部はラジエータ15のアッパタンクに接続されており、第1通路16内を流通した比較的高温の冷却水は、ラジエータ15において外気と熱交換して冷却された後に、ラジエータ15のロワタンクに接続されている第2通路17に流出し、この第2通路17内を流通して電動ポンプ19の吸入側に戻される。
この実施形態では、第1通路16とオイルクーラ通路22との分岐部に、導出路21からの冷却水が流通する通路を切り換える遮断弁(方向切換弁)23が設けられている。
すなわち、遮断弁23が開弁しているときには、導出路21からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通する一方、遮断弁23が閉弁すれば、導出路21からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通することなく、オイルクーラ31を迂回して第1流路16に流入するようになっている。
遮断弁23は、例えば従来周知のソレノイド式の開閉弁であり、その作動が、エンジンコントロールユニット24(以下、ECUという)の遮断弁制御手段としての遮断弁制御部24aによって制御されるようになっている。言い換えると、遮断弁23は、ECU24の遮断弁制御部24aによりその作動状態を制御され、オイルクーラ通路22への冷却水の流通を遮断可能な遮断弁を構成している。
バイパス通路18は、第1通路16の途中で分岐している。電動ポンプ19は、例えばインペラの回転によって冷却水を送り出す従来周知の遠心式のものであり、そのインペラのシャフトに接続された電動モータの作動が、ECU24のポンプ制御手段としてのポンプ制御部24bによって制御されるようになっている。言い換えると、電動ポンプ19は、ECU24のポンプ制御部24bによりその作動状態を制御され、エンジン本体部10との間で冷却水を循環させるための冷却水回路における冷却水の流通状態を変更可能な電動ウォータポンプを構成している。
この実施形態では、電動ポンプ19の吸入側に隣接して、外部駆動式のサーモスタット(以下、単にサーモスタットといい、ETSともいう)25が設けられていて、このサーモスタット25に第2通路17及びバイパス通路18の各下流端部がそれぞれ接続されている。そして、第2通路17及びバイパス通路18がサーモスタット25を介して、電動ポンプ19の吸入口に開閉可能に連通されている。
すなわち、サーモスタット25が全閉しているときには、第2通路17を閉じてバイパス通路18を開く一方、サーモスタット25が開き始めると、バイパス通路18からの冷却水の流れを絞り、サーモスタット25が全開になれば、第2通路17を開いてバイパス通路18を閉じるようになっている。
サーモスタット25は、例えばワックスによって開閉する従来周知のものであり、そのワックスを加熱するコイルの作動が、ECU24の冷却液回路制御手段としての冷却水回路制御部24cによって制御されるようになっている。言い換えると、サーモスタット25は、ECU24の冷却水回路制御部24cによりその作動状態を制御され、冷却水を循環させる回路をメイン回路とサブ回路とに変更可能な冷却液回路可変手段を構成している。
ECU24は、周知の如くCPUやメモリ、I/Oインターフェース回路、ドライバ回路等を備えて、エンジンの運転制御のために各シリンダ毎の燃料噴射制御や点火時期制御を行うものであるが、これに加えて、この実施形態では、主にエンジンの温度及び負荷状態、或いは回転数等に応じて、電動ポンプ19や遮断弁23、サーモスタット25の作動を制御するようになっている。
すなわち、この実施形態では、ECU24は、少なくとも、エンジンの負荷状態を検出するためのセンサ26(例えば車両のアクセル開度センサやエアフローセンサ等であり、以下、負荷状態センサと呼ぶ)からの信号と、エンジン回転数センサ27からの信号と、例えばシリンダヘッド12の導出路21に配設された水温センサ28からの信号とを入力して、これによりエンジンの状態を判定し、これに応じて電動ポンプ19や遮断弁23、サーモスタット25への出力電圧を制御するようになっている。
後述の如く、例えば冷間始動直後にエンジンの暖機を促進すべく電動ポンプ19を停止させたり、W/Pパルス制御モードで運転したりするときには、ウォータジャケット13において冷却水の流通が殆ど停止に近い状態になり、シリンダブロック11やシリンダヘッド12の部位毎の温度差がそのまま冷却水温度に反映されるようになるが、このときに冷却水温度は、シリンダヘッド12の排気側で最も高くなる一方、シリンダブロック11の吸気側で最も低くなり、シリンダブロック11の排気側では平均的な温度状態になる。
また、W/P停止時間縮小制御モードやW/P停止時間拡大制御モード、W/P連続運転制御モード、W/P通常制御モードのようにウォータジャケット13,14を冷却水がシリンダ列方向に流れる場合は、この方向の中央寄りの部位の冷却水温度が両端部に比べて安定する。
以上のように構成されたエンジン冷却装置Aにおける冷却水の全体的な流れは、図2に模式的に示すようになる。同図は、遮断弁23が開いてサーモスタット25が閉じているときの流れを矢印で示し、電動ポンプ19によってシリンダブロック11のウォータジャケット13に送られた冷却水は、シリンダヘッド12のウォータジャケット14にも流れ、オイルクーラ通路22を流通した後に、第1通路16及びバイパス通路18を流通し、その後、電動ポンプ19の吸入側に戻される。このとき、遮断弁23が開いていることから、オイルクーラ30との間で冷却水は流れる。また、サーモスタット25が閉じていることから、ラジエータ15との間では冷却水は流れない。尚、当然ながら、電動ポンプ19が作動しなければ、上記のような冷却水の流れは起きず、対流による流れを除いて冷却水は略停止することになる。
一方、遮断弁23が開いてサーモスタット25が開いているときには、電動ポンプ19からの冷却水は、図3に矢印で示すようにシリンダブロック11及びシリンダヘッド12のウォータジャケット13,14並びにオイルクーラ通路22を流通した後に、第1及び第2通路16,17を流通し、その後、電動ポンプ19の吸入側に戻されるようになる。このとき、サーモスタット25が開いていることから、ラジエータ15との間で冷却水は流れる。
また、遮断弁23が閉じてサーモスタット25が閉じているときには、電動ポンプ19からの冷却水は、図4に矢印で示すようにシリンダブロック11及びシリンダヘッド12のウォータジャケット13,14を流通した後に、第1通路16及びバイパス通路18を流通し、その後、電動ポンプ19の吸入側に戻されるようになる。このとき、遮断弁23が閉じていることから、オイルクーラ31との間では冷却水は流れない。
さらに、遮断弁23が閉じてサーモスタット25が開いているときには、電動ポンプ19からの冷却水は、図5に矢印で示すようにシリンダブロック11及びシリンダヘッド12のウォータジャケット13,14を流通した後に、第1及び第2通路16,17を流通し、その後、電動ポンプ19の吸入側に戻されるようになる。
−エンジン油温制御装置の構成−
エンジン油温制御装置Bは、図1に示すように、エンジン潤滑用のオイルをエンジン本体部10の各部へ圧送するオイルポンプ30と、オイルを冷却水と熱交換するオイルクーラ31と、オイルパン32からのオイルをエンジン本体部10に供給するためのオイル通路を構成する第1〜第3オイル通路33〜35とを備えている。
第1オイル通路33の上流端部は、オイルポンプ30へ侵入する異物を取り除くオイルストレーナー36に連通している一方、その下流端部は、オイルポンプ30の吸入側に連通している。
オイルポンプ30は、例えばエンジン本体部10のクランク軸の回転によってオイルパン32内のオイルを吸い上げてエンジン本体部10に送り出す従来周知のものである。オイルポンプ30には、リリーフ孔(図示せず)と、このリリーフ孔を開閉するリリーフ弁30aとが設けられており、エンジン回転数が高くなったときに、リリーフ弁30aによりリリーフ孔を開放して、第1オイル通路33内を流通したオイルの一部をリリーフ孔から吐出させてオイルパン32にオイルリリーフ通路37を介して戻すことにより、エンジン本体部10に供給されるオイルの圧力ないし量の安定化を図るようになっている。言い換えると、リリーフ弁30aは、オイルポンプ30内に流入したオイルのうちオイルパン32に戻すオイルの量を調整することでエンジン本体部10に供給されるオイルの量を調整可能なオイル調量手段を構成している。
第2オイル通路34の上流端部は、オイルポンプ30の吐出側に連通している一方、その下流端部は、オイルクーラ31のオイル入口に連通している。言い換えると、上記オイル通路には、オイルクーラ31の上流側にオイルポンプ30が配設されている。
オイルクーラ31は、高温になり過ぎたオイルを冷やして温度を下げる従来周知のものであるが、その一方で、低温のオイルをその温度より高い冷却水と熱交換して、オイル温度を高くする、オイルウォーマの機能を有する。そして、第2オイル通路34内を流通したオイルは、オイルクーラ31において冷却水と熱交換した後に、オイルクーラ31のオイル出口に接続されている第3オイル通路35に流出する。
第3オイル通路35の下流端部は、エンジン本体部10に連通している。そして、第3オイル通路35内を流通したオイルは、エンジン本体部10の回転系の要潤滑部位や要冷却部位などの各部に供給され、その後、オイルパン32にオイル戻り通路38を介して戻される。
−電動ポンプの作動制御−
次に、ECU24のポンプ制御部24bによる電動ポンプ19の作動制御について説明する。この電動ポンプ19への出力電圧の制御は、デューティ比の変更によって出力電圧の大きさを調整する所謂デューティ制御であり、制御デューティ比を0〜100%の範囲で変更することにより、出力電圧を例えば0.5〜12Vくらいの所定範囲内において略リニアに変更して、電動ポンプ19の回転数をきめ細かく且つ高精度に制御することができる。
また、ポンプ制御部24bは、制御デューティ比を予め設定した時間間隔で切り替えて、電動ポンプ19にパルス状に電圧を供給することにより、電動ポンプ19を一定の周期で間欠的に作動させることができるようになっている。そして、そのように電動ポンプ19を作動させるパルス制御モードと、電動ポンプ19を連続的に作動させながら、その回転数をエンジンの状態に応じて変更する通常制御モードとに切り替えて、電動ポンプ19の作動状態を制御する。
より具体的に、上記通常制御モードは、制御マップ(図示せず)に基づいて電動ポンプ19の回転数を制御する。この制御マップは、電動ポンプ19の基本的な制御回転数をエンジンの負荷及び回転数に応じて予め設定した3次元のものであり、相対的に高負荷乃至高回転側ではポンプ回転数を高くして、エンジンの多量の発熱に対応した冷却水の流量を確保する一方、相対的に低負荷乃至低回転側ではポンプ回転数を低くして、エンジンの過冷却を防止することにより、燃費を低減するようになっている。
すなわち、通常制御モードは、エンジン暖機中であって、エンジン水温thが後述の目標上限水温th2以上になったときに行われるW/P連続運転制御モードと、エンジン暖機中であって、エンジンの負荷状態が全負荷を含む高負荷状態のときや、エンジン暖機完了後に行われるW/P通常制御モードとからなり、W/P連続運転制御モードでは、図6(d)、(e)に示すように、電動ポンプ19を、その吐出量がW/P通常制御モードよりも少なくなる(冷却水の流量がW/P通常制御モードよりも少なくなる)ように連続作動させる。
これに対し、上記パルス制御モードは、電動ポンプ19を間欠的に作動させることにより、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14における冷却水の流通量が上記通常制御モードに比べて少なくなるようにしたものである。
すなわち、パルス制御モードは、エンジン暖機中であって、エンジン始動後に後述の設定時間t1が経過したときに行われるW/Pパルス制御モードと、エンジン暖機中であって、エンジン水温thが目標下限水温th1以上になったときに行われるW/P停止時間縮小制御モードと、このW/P停止時間縮小制御モードでの運転後であって、エンジン水温thが目標下限水温th1よりも低くなったときに行われるW/P停止時間拡大制御モードとからなり、W/Pパルス制御モード、W/P停止時間縮小制御モード、及びW/P停止時間拡大制御モードでは、図6(a)〜(c)に示すように、電動ポンプ19を、その吐出量が互いに同一になる(冷却水の流量が互いに同一になる)ように間欠作動させる。
W/Pパルス制御モードでは、図6(a)に示すように、電動ポンプ19を、その1作動周期当たりの作動時間が停止時間(非作動時間)よりも短くなるように間欠作動させる。こうすると、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14における冷却水の流通は平均的には殆ど停止に近い状態になり、暖機が促進されるとともに、電動ポンプ19の瞬間的な作動時にはウォータジャケット13,14内の冷却水全体が揺れて、僅かに攪拌されるようになり、これによりシリンダ周辺の局所的な温度上昇を抑制することができる。
一方、W/P停止時間縮小制御モードでは、図6(b)に示すように、電動ポンプ19を、その1作動周期(この1作動周期はW/Pパルス制御モードでの1作動周期と同じ時間)当たりの作動時間が時間の経過とともに長くなる(停止時間が時間の経過とともに短くなる)ように間欠作動させる。この結果、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14において冷却水は、極く僅かながら連続的に流通するようになり、その流通量は、時間の経過とともに多くなるが、通常制御モードにおいて電動ポンプ19を連続して作動させたときの最小の流量よりも少ない。言い換えると、W/P停止時間縮小制御モードでは、ウォータジャケット13,14における冷却水の流通状態は、上記W/Pパルス制御モードと通常制御モードの中間的なものとなる。
また、W/P停止時間拡大制御モードでは、図6(c)に示すように、電動ポンプ19を、その1作動周期(この1作動周期はW/Pパルス制御モードでの1作動周期と同じ時間)当たりの作動時間が時間の経過とともに短くなる(停止時間が時間の経過とともに長くなる)ように間欠作動させる。この結果、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14において冷却水は、極く僅かながら連続的に流通して、その流通量は、時間の経過とともに少なくなるとともに、通常制御モードにおいて電動ポンプ19を連続して作動させたときの最小の流量よりも少ない。言い換えると、W/P停止時間拡大制御モードでは、ウォータジャケット13,14における冷却水の流通状態は、上記W/Pパルス制御モードと通常制御モードの中間的なものとなる。
−遮断弁の作動制御−
次に、ECU24の遮断弁制御部24aによる遮断弁23の作動制御について説明する。遮断弁制御部24aは、遮断弁23を連続的に閉弁(全閉)させる閉弁状態と、遮断弁23を連続的に開弁(全開)させる開弁状態とに切り替えて、遮断弁23の作動状態を制御する。
より具体的に、エンジン暖機中であって、エンジンの負荷状態が無負荷状態又は低負荷状態のときや、エンジン暖機完了後に、遮断弁23を開弁状態にする。この結果、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ31に流入するようになる。
これに対し、エンジン暖機中であって、エンジンの負荷状態が高負荷状態のときに、遮断弁23を閉弁状態にする。この結果、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ31に流入しない。
−サーモスタットの作動制御−
次に、ECU24の冷却水回路制御部24cによるサーモスタット25の作動制御について説明する。このサーモスタット25への出力電圧の制御は、デューティ比の変更によって出力電圧の大きさを調整する所謂デューティ制御であり、制御デューティ比を0〜100%の範囲で変更することにより、サーモスタット25の開度をきめ細かく且つ高精度に制御することができる。
また、冷却水回路制御部24cは、制御デューティ比を予め設定した時間間隔で切り替えて、サーモスタット25にパルス状に電圧を供給することにより、サーモスタット25を一定の周期で間欠的に開弁(全開)させることができるようになっている。そして、そのようにサーモスタット25を作動させるパルス制御モードと、サーモスタット25を連続的に開弁(全開)させるETS開弁制御モードと、サーモスタット25を連続的に閉弁(全閉)させるETS閉弁制御モードに切り替えて、サーモスタット25の作動状態を制御する。
より具体的に、上記ETS開弁制御モードは、エンジン暖機完了後に行われ、サーモスタット25を連続開弁させる。この結果、ラジエータ15からの冷却水は、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14に連続的に流入するようになる。
また、上記ETS閉弁制御モードは、エンジン暖機中であって、エンジン水温thが目標上限水温th2以上になるまで行われ、サーモスタット25を連続閉弁させる。この結果、ラジエータ15からの冷却水は、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14に流入しない。
これに対し、上記パルス制御モードは、サーモスタット25を間欠的に開弁させることにより、ラジエータ15からのエンジン本体部10内のウォータジャケット13,14への冷却水の流入量が上記ETS開弁制御モードに比べて少なくなるようにしたものである。
すなわち、パルス制御モードは、エンジン暖機中であって、エンジン水温thが目標上限水温th2以上になったときに行われるETSパルス開弁制御モードと、このETSパルス開弁制御モードでの運転後であって、エンジン水温thが目標下限水温th1よりも低くなったときに行われるETS開弁時間縮小制御モードと、ETSパルス開弁制御モードでの運転後であって、エンジン水温thが目標上限水温th2以上になったときに行われるETS開弁時間拡大制御モードとからなる。
ETSパルス開弁制御モードでは、図7(a)に示すように、サーモスタット25を、その1作動周期当たりの開弁時間が閉弁時間よりも短くなるように間欠開弁させる。こうすると、ラジエータ15からの冷却水は、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14に間欠的に流入するようになる。
一方、ETS開弁時間縮小制御モードでは、図7(b)に示すように、サーモスタット25を、その1作動周期(この1作動周期はETSパルス開弁制御モードでの1作動周期と同じ時間)当たりの開弁時間が時間の経過とともに短くなる(閉弁時間が時間の経過とともに長くなる)ように間欠開弁させる。この結果、ラジエータ15からの冷却水は、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14に間欠的に流入するが、その流入量は、時間の経過とともに少なくなり、このことによって、冷却水温度は、時間の経過とともに高くなる。
また、ETS開弁時間拡大制御モードでは、図7(c)に示すように、サーモスタット25を、その1作動周期(この1作動周期はETSパルス制御モードでの1作動周期と同じ時間)当たりの開弁時間が時間の経過とともに長くなる(閉弁時間が時間の経過とともに短くなる)ように間欠開弁させる。この結果、ラジエータ15からの冷却水は、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14に間欠的に流入するが、その流入量は、時間の経過とともに多くなり、このことによって、冷却水温度は、時間の経過とともに低くなる。
−エンジン冷機時の制御手順−
以下に、エンジンの始動後にECU24によって行われる電動ポンプ19や遮断弁23、サーモスタット25の具体的な制御手順を、主に図8〜図10のフローチャート図に基づき、図1〜図7を参照して説明する。この実施形態では、冷却水のLLC(ロングライフクーラント)濃度は、通常濃度(例えば50%)となっており、冷却水の目標水温は、通常水温(例えば90℃)となっている。
<冷間始動制御>
まず、エンジン始動に応じてスタートした図8、図9の冷間始動制御フローにおいてステップSA1では、電動ポンプ19を停止状態とし、遮断弁23を開弁状態とし、サーモスタット25を閉弁状態とする。このように電動ポンプ19を停止状態とすると、冷却水回路において冷却水の流通状態が流通停止状態になる。
また、上記のように遮断弁23を連続的に全開させると、後述の如く電動ポンプ19を作動状態にした場合、ウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通してオイルクーラ31においてオイルと熱交換した後に、第1流路16に流入するようになる。
さらに、上記のようにサーモスタット25を連続的に全閉させると、電動ポンプ19を作動状態にしても、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に流入しない。
続くステップSA2において、水温センサ28により検出した始動時のエンジン水温thから冷間始動かどうか判定する。
その判定がNOで温間始動であれば、後述のステップSA21に進む一方、判定がYESで冷間始動であれば、ステップSA3に進み、エンジン始動後に電動ポンプ19の運転を開始するまでの設定時間t1が経過したかどうか判定する。この設定時間t1は、始動時のエンジン水温に対応する適値を予め実験等により決定して、例えばテーブルに設定しておき、このテーブルから読み込むようにすればよい。この例では、始動時のエンジン水温が低いほどエンジン暖機に時間がかかると推定して、設定時間t1を長くするようにしている。
上記ステップSA3において判定がNO、即ち設定時間t1が経過していないならば、時間の経過を待つ間、電動ポンプ19を停止状態に維持する。これにより、エンジン本体部10内のウォータジャケット13,14における冷却水の流通を停止して、その暖機を最大限に促進することができる。そして、冷間始動から設定時間t1が経過すれば(ステップSA3でYES)ステップSA4に進んで、電動ポンプ19をW/Pパルス制御モードで運転する。
すなわち、まず、W/Pパルス制御モードにおける電動ポンプ19の間欠作動の周期及びその作動時の制御デューティ比をそれぞれ予め設定したテーブルから読み込む。このテーブルは、例えば、エンジン水温に応じて電動ポンプ19の作動周期及びデューティ比の適値をそれぞれ実験等に基づいて決定したものであり、この例では作動周期やデューティ比は変化しないように設定されている。
そして、上記作動周期及びデューティ比に対応する制御信号により電動ポンプ19のモータにパルス状に出力電圧を印加して、これを間欠的に作動させる。そうして電動ポンプ19を間欠的に作動させると、シリンダブロック11やシリンダヘッド12のウォータジャケット13,14における冷却水は、電動ポンプ19の連続的な作動時のように入口側から出口側に向かって連続的に移動するのではなく、瞬間的なポンプ作動によって小さく移動した後に直ちに停止することを繰り返すようになり、冷却水回路において冷却水の流通状態が第1流通状態になる。
言い換えると、上記W/Pパルス制御モードでは、電動ポンプ19の間欠作動によって、ウォータジャケット13,14の冷却水全体が周期的に揺れて、僅かに攪拌されるように間欠的に流通することになり、このことによって、エンジンの各シリンダ周辺の局所的な温度上昇が抑制されるとともに、冷却水を停止させているときと同じようにエンジンの放熱量が少なくなって、エンジンの暖機が十分に促進されることになる。
また、ウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通するようになり、このことによって、オイルがオイルクーラ31において比較的高温の冷却水と熱交換して加熱されて、その温度が上昇する。
ここで、上記のような冷間始動後の電動ポンプ19の作動状態とエンジン水温(シリンダヘッド後端の導出路21付近における出口水温)の上昇とエンジン油温の上昇の関係を図11のタイムチャートに示すと、まず、冷間始動後に設定時間t1が経過するまでの間(t=0〜t1)は、電動ポンプ19の制御デューティ比が0%とされて、ポンプが停止状態に維持され(ステップSA3で待機)、これによりエンジンからの放熱が極小化される。このときに、図に細い実線で示すようにエンジン出口水温の上昇が見かけ上、遅れているのは、電動ポンプ19が停止していてウォータジャケット13,14の冷却水が殆ど移動しないことから、シリンダの周りの暖められた冷却水がウォータジャケット14の出口にまで到達しないことによる。
そして、上記のように暖められた冷却水が対流によりウォータジャケット14の出口に到達するようになると、図示の如く水温は上昇して、従来一般的な機械式ウォータポンプの場合(一点鎖線で示す)を追い越すが、始動から設定時間t1が経過すると(時刻t1)、W/Pパルス制御モードでの運転が開始されて(ステップSA4)、電動ポンプ19は上記の如く間欠的に作動するようになる。この電動ポンプ19の間欠作動によって、ウォータジャケット13,14の冷却水が間欠的に流通し、それが僅かに攪拌されることになるため、各シリンダ周辺等での局所的な温度上昇は抑制される。
また、上記のようにエンジンが冷間始動すると、図に太い実線で示すように油温は上昇して、ウォータジャケット13,14の冷却水が間欠的に流通するようになった直後に、従来一般的な機械式ウォータポンプの場合(二点鎖線で示す)を追い越し、オイルの温度上昇は早くなる。
上記図8、図9に示す冷間始動制御フローのステップSA4に続いて、ステップSA5では負荷状態センサ26によるエンジンの負荷状態の検出結果が高負荷要求(この例ではアクセル開度が例えば80%以上)であるかどうか判定する。この判定がNOで無負荷又は低負荷要求であれば、後述のステップSA6に進む一方、判定がYESで高負荷要求であれば、上記図10に示す油温低下防止制御フローの後述のステップSB1に進む。
ステップSA6では水温センサ28による冷却水温度の検出値thが目標下限水温th1(この例では例えば85℃)以上かどうか判定する。この判定がNOであれば、上記ステップSA4にリターンしてW/Pパルス制御モードでの運転を継続する一方、判定がYESで検出水温th≧th1であれば、ステップSA7に進んで、電動ポンプ19をW/P停止時間縮小制御モードで運転する。すなわち、上記W/Pパルス制御モードと同様に電動ポンプ19の間欠作動の周期及びそのデューティ比を制御して、電動ポンプ19を間欠的に作動させる。このように電動ポンプ19を間欠的に作動させると、冷却水回路において冷却水の流通状態が第1流通状態になる。
このW/P停止時間縮小制御モードでは、初期はウォータジャケット13,14において冷却水が小さく移動した後に直ちに停止することを繰り返すが、時間の経過とともに少量であっても連続的に流れるようになり、ウォータジャケット13,14の冷却水が入れ替わる。
続くステップSA8では負荷状態センサ26によるエンジンの負荷状態の検出結果が高負荷要求であるかどうか判定する。この判定がNOで無負荷又は低負荷要求であれば、後述のステップSA9に進む一方、判定がYESで高負荷要求であれば、上記図10に示す油温低下防止制御フローのステップSB1に進む。
ステップSA9では水温センサ28による冷却水温度の検出値thが目標下限水温th1以上かどうか判定する。この判定がNOであれば、後述のステップSA10に進む一方、判定がYESで検出水温th≧th1であれば、後述のステップSA11に進む。
ステップSA10では電動ポンプ19をW/P停止時間拡大制御モードで運転して上記ステップSA8にリターンする。すなわち、上記W/Pパルス制御モードと同様に電動ポンプ19の間欠作動の周期及びそのデューティ比を制御して、電動ポンプ19を間欠的に作動させる。このように電動ポンプ19を間欠的に作動させると、冷却水回路において冷却水の流通状態が第1流通状態になる。
このW/P停止時間拡大制御モードでは、初期はウォータジャケット13,14において冷却水が少量であっても連続的に流れるが、時間の経過とともに小さく移動した後に直ちに停止することを繰り返すようになる。
ステップSA11では、今度は検出水温thが、目標下限水温th1よりも高い目標上限水温th2(この例では例えば95℃)以上かどうか判定し、YESでth≧th2であれば、後述のステップSA12に進む一方、判定がNOでth<th2であれば、上記ステップSA7にリターンしてW/P停止時間縮小制御モードでの運転を行う。
ステップSA12では電動ポンプ19をW/P連続運転制御モードで運転する。すなわち、上記W/Pパルス制御モードと同様に電動ポンプ19の連続作動の周期及びそのデューティ比を制御して、電動ポンプ19を連続的に作動させる。このように電動ポンプ19を連続的に作動させると、冷却水回路において冷却水の流通状態が第1流通状態になる。
このW/P連続運転制御モードでは、ウォータジャケット13,14において冷却水が連続的に流れるようになる。
続くステップSA13では、サーモスタット25をETSパルス開弁制御モードで運転する。
すなわち、まず、ETSパルス開弁制御モードにおけるサーモスタット25の間欠開弁の周期及びその開弁時の制御デューティ比をそれぞれ予め設定したテーブルから読み込む。このテーブルは、例えば、エンジン水温に応じてサーモスタット25の作動周期及びデューティ比の適値をそれぞれ実験等に基づいて決定したものであり、この例では作動周期やデューティ比は変化しないように設定されている。
そして、上記作動周期に対応する制御信号によりサーモスタット25にパルス状に出力電圧を印加して、これを間欠的に開弁させる。そうしてサーモスタット25を間欠的に開弁させると、ラジエータ15からの冷却水は、サーモスタット25の連続的な開弁時のようにウォータジャケット13,14に連続的に流入するのではなく、間欠的な開弁によってウォータジャケット13,14に間欠的に流入するようになる。
続くステップSA14では水温センサ28による冷却水温度の検出値thが目標上限水温th2以上かどうか判定する。この判定がNOであれば、後述のステップSA15に進む一方、判定がYESで検出水温th≧th2であれば、後述のステップSA18に進む。
ステップSA15では負荷状態センサ26によるエンジンの負荷状態の検出結果が高負荷要求であるかどうか判定する。この判定がNOで無負荷又は低負荷要求であれば、後述のステップSA16に進む一方、判定がYESで高負荷要求であれば、上記図10に示す油温低下防止制御フローのステップSB1に進む。
ステップSA16では水温センサ28による冷却水温度の検出値thが目標下限水温th1以上かどうか判定する。この判定がNOであれば、後述のステップSA17に進む一方、判定がYESで検出水温th≧th1であれば、上記ステップSA13にリターンしてETSパルス開弁制御モードでの運転を継続する。
ステップSA17では、サーモスタット25をETS開弁時間縮小制御モードで運転して上記ステップSA15にリターンする。すなわち、上記ETSパルス開弁制御モードと同様にサーモスタット25の間欠開弁の周期及びそのデューティ比を制御して、サーモスタット25を間欠的に開弁させる。
このETS開弁時間縮小制御モードでは、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に間欠的に流入するが、その流入量は、時間の経過とともに少なくなり、このことによって、冷却水温度は、時間の経過とともに高くなる。
ステップSA18では負荷状態センサ26によるエンジンの負荷状態の検出結果が高負荷要求であるかどうか判定する。この判定がNOで無負荷又は低負荷要求であれば、後述のステップSA19に進む一方、判定がYESで高負荷要求であれば、上記図10に示す油温低下防止制御フローのステップSB1に進む。
ステップSA19ではサーモスタット25をETS開弁時間拡大制御モードで運転する。すなわち、上記ETSパルス開弁制御モードと同様にサーモスタット25の間欠開弁の周期及びそのデューティ比を制御して、サーモスタット25を間欠的に開弁させる。
このETS開弁時間拡大制御モードでは、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に間欠的に流入するが、その流入量は、時間の経過とともに多くなり、このことによって、冷却水温度は、時間の経過とともに低くなる。
続くステップSA20ではサーモスタット25の作動周期がサーモスタット25の1作動周期当たりのサーモスタット25の開弁時間に等しい、即ち収束したかどうか判定する。この判定がYESで作動周期=開弁時間であれば、後述のステップSA21に進む一方、判定がNOで作動周期≠開弁時間であれば、上記ステップSA14にリターンしてETS開弁時間拡大制御モードでの運転を継続する。
ステップSA21ではサーモスタット25をETS開弁制御モードで運転する。すなわち、サーモスタット25を連続的に開弁させる。
このETS開弁制御モードでは、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に連続的に流入するようになる。
続くステップSA22では暖機完了と判定し、電動ポンプ19をW/P通常制御モードに切り替えて、冷機時の制御は終了となる(エンド)。すなわち、上記W/P連続運転制御モードと同様に電動ポンプ19のデューティ比を制御して、電動ポンプ19を連続的に作動させる。
このW/P通常制御モードでは、ウォータジャケット13,14において冷却水が連続的に流れるようになる。
以上のようにして従来一般的な機械式ウォータポンプの場合(図11の二点鎖線のグラフ)よりも格段に早く暖機が完了する。
つまり、この実施形態では、冷間始動後のエンジン暖機を促進するために、W/Pパルス制御モードで電動ポンプ19を運転し、局所的な温度上昇を抑制しながら、ポンプ停止時と同様にエンジンからの放熱を非常に少なくするとともに、W/P停止時間縮小制御モードでの運転に切り替えて、冷却水の循環量を増やすことにより、エンジン本体部10のウォータジャケット13,14の冷却水を入れ替えるようにしている。
<油温低下防止制御>
上記図10に示す油温低下防止制御フローのステップSB1では負荷状態センサ26によるエンジンの負荷状態の検出結果が高負荷要求であるかどうか判定する。この判定がYESで高負荷要求であれば、後述のステップSB2に進む一方、判定がNOで無負荷又は低負荷要求であれば、後述のステップSB5に進む。
ステップSB2では遮断弁23を閉弁状態にする。すなわち、遮断弁23を連続的に閉弁させる。
この閉弁状態では、ウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通することなく、オイルクーラ31を迂回して第1流路16に流入するようになり、このことによって、オイルがオイルクーラ31において比較的低温の冷却水と熱交換して冷却されてその温度が低下するのが抑制される。
続くステップSB3では電動ポンプ19をW/P通常制御モードで運転する。すなわち、上記W/P連続運転制御モードと同様に電動ポンプ19のデューティ比を制御して、電動ポンプ19を連続的に作動させる。このように電動ポンプ19を連続的に作動させると、冷却水回路において冷却水の流通状態が上記第1流通状態よりも冷却水の流通量が多い第2流通状態になる。
このW/P通常制御モードでは、ウォータジャケット13,14において冷却水が連続的に流れるようになる。
続くステップSB4ではサーモスタット25をETS開弁制御モードで運転して上記ステップSB1にリターンする。すなわち、サーモスタット25を連続的に開弁させる。
このETS開弁制御モードでは、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に連続的に流入するようになり、このことによって、冷却水温度は低くなり、エンジンの各シリンダ周辺の局所的な温度上昇が抑制される。
ステップSB5では遮断弁23を開弁状態にする。すなわち、遮断弁23を連続的に開弁させる。
この閉弁状態では、ウォータジャケット13,14からの冷却水は、オイルクーラ通路22を流通してオイルクーラ31においてオイルと熱交換した後に、第1流路16に流入するようになる。
続くステップSB6ではサーモスタット25をETS閉弁制御モードで運転する。すなわち、サーモスタット25を連続的に閉弁させる。
このETS閉弁制御モードでは、ラジエータ15からの冷却水は、ウォータジャケット13,14に流入しない。
続くステップSB7では上記図8、図9の冷間始動制御フローに示すステップSA4にリターンして電動ポンプ19をW/Pパルス制御モードで運転する(エンド)。
−効果−
以上により、本実施形態によれば、エンジン暖機中であって、エンジンの負荷状態が高負荷状態のときには、局所的に温度が高くなることから、冷却液の流通量を多くするが、循環する冷却水の温度が比較的に低いままである。この状況下で、ECU24の遮断弁制御部24aにより、遮断弁23を閉弁するので、オイルクーラ31が配設されたオイルクーラ通路22への冷却水の流通が遮断される。このため、オイルがオイルクーラ31において比較的低温の冷却水と熱交換して冷却されて却ってその温度が低下するのを抑制することができる。よって、エンジン燃費が悪化するのを抑制することができる。
また、エンジン暖機中であって、エンジンの負荷状態が高負荷状態のときには、ECU24の冷却水回路制御部24cにより、冷却水を循環させる回路がエンジン本体部10とラジエータ15との間で冷却水を循環させるためのメイン回路になるようにサーモスタット25を作動させるので、冷却水がラジエータ15において外気と熱交換して冷却されてその温度がより一層低下する。このため、エンジン温度が局所的に上昇するのを一層確実に抑制することができ、エンジンの信頼性を向上させることができる。
さらに、上記のように、冷却水の温度がより一層低下するが、本実施形態では、オイルがオイルクーラ31においてその低温の冷却水と熱交換して冷却されてその温度が低下するのを抑制することができるので、エンジン燃費が悪化するのを抑制することができる。
(実施形態2)
本実施形態は、エンジン油温制御装置Bが実施形態1と異なるものである。すなわち、本実施形態に係るエンジン油温制御装置Bは、図12に示すように、オイルポンプ30と、オイルクーラ31と、オイルパン32からのオイルをエンジン本体部10に供給するためのオイル通路を構成する第1〜第3オイル通路33〜35とを備えている。
第1オイル通路33の上流端部は、オイルストレーナー36に連通している一方、その下流端部は、オイルクーラ31のオイル入口に連通している。
オイルクーラ31は、上記のような従来周知のものである。そして、第1オイル通路33内を流通したオイルは、オイルクーラ31において冷却水と熱交換した後に、オイルクーラ31のオイル出口に接続されている第2オイル通路34に流出する。
第2オイル通路34の下流端部は、オイルポンプ30の吸入側に連通している。言い換えると、上記オイル通路には、オイルクーラ31の下流側にオイルポンプ30が配設されている。
オイルポンプ30は、上記のような従来周知のものである。すなわち、オイルポンプ30には、リリーフ孔(図示せず)と、このリリーフ孔を開閉するリリーフ弁30aとが設けられており、エンジン回転数が高くなったときに、リリーフ弁30aによりリリーフ孔を開放して、第2オイル通路34内を流通したオイルの一部をリリーフ孔から吐出させてオイルパン32にオイルリリーフ通路37を介して戻すことにより、エンジン本体部10に供給されるオイルの圧力ないし量の安定化を図るようになっている。言い換えると、リリーフ弁30aは、オイルクーラ31内を流通したオイルのうちオイルパン32に戻すオイルの量を調整することでエンジン本体部10に供給されるオイルの量を調整可能なオイル調量手段を構成している。
第3オイル通路35の上流端部は、オイルポンプ30の吐出側に連通している一方、その下流端部は、エンジン本体部10に連通している。そして、第3オイル通路35内を流通したオイルは、エンジン本体部10の各部に供給され、その後、オイルパン32にオイル戻り通路38を介して戻される。
その他の点に関しては、実施形態1とほぼ同様の構成である。
尚、エンジンの始動後にECU24によって行われる電動ポンプ19や遮断弁23、サーモスタット25の制御手順は、実施形態1とほぼ同様の制御手順である。
−効果−
以上により、本実施形態によれば、オイルポンプ30のリリーフ弁30aにより、オイルクーラ31内を流通したオイルパン32からのオイルのうちオイルパン32に戻すオイルの量を調整することでエンジン本体部10に供給されるオイルの量を調整するので、オイルパンからのオイルのうちオイルパンに戻すオイルの量を調整することでエンジン本体部に供給されるオイルの量を調整した後に、その調量されたオイルをオイルクーラ内を流通させる場合と比較して、オイルクーラ31に供給されるオイルの量を増加させることができる。このため、オイルをオイルクーラ31において冷却水と高効率で熱交換させることができ、オイル全体の温度を上昇させることができる。よって、エンジン暖機を促進することができる。
また、上記のように、オイル全体の温度を上昇させることができるので、オイルの粘度を低減することができ、作動油圧を低下させることができる。このため、オイルクーラ31内を流通したオイルパン32からのオイルのうちオイルパン32に戻すオイルの量を低減させることができる。よって、リリーフ損失を低減することができ、エンジン暖機をより一層促進することができる。
さらに、ECU24のポンプ制御部24bにより、エンジン暖機中であって、エンジン冷間始動から設定時間t1が経過するまで、エンジン本体部10との間で冷却水を循環させるための冷却水回路において冷却水の流通状態が流通停止状態になるように電動ポンプ19を作動させる一方、エンジン暖機中であって、エンジン冷間始動から設定時間t1が経過した後、冷却水回路において冷却水の流通状態がエンジン暖機後の流通状態よりも冷却水の流通量が少ない流通状態になるように電動ポンプ19を作動させるので、エンジンの放熱を極小化することができ、エンジン暖機中においてオイルクーラ31に供給されるオイルと冷却水との温度差を大きくすることができる。このため、オイルをオイルクーラ31において冷却水とより一層高効率で熱交換させることができ、オイル全体の温度をより一層上昇させることができる。よって、エンジン暖機をより一層促進することができる。
尚、本実施形態では、オイル調量手段をオイルポンプ30のリリーフ弁30aで構成しているが、オイルクーラ30内を流通したオイルパン32からのオイルのうちオイルパン32に戻すオイルの量を調整することでエンジン本体部10に供給されるオイルの量を調整可能なものである限り、これに限定されない。
(その他の実施形態)
上記各実施形態では、冷却水のLLC濃度を通常濃度とし、冷却水の目標水温を通常水温としているが、これに限らず、例えば、冷却水のLLC濃度を上記通常濃度よりも高濃度(例えば90〜95%)とし、冷却水の目標水温を上記通常水温よりも高温(例えば120℃)としてもよい。この場合、目標下限水温th1を例えば115℃とし、目標上限水温th2を例えば125℃とする。電動ポンプ19や遮断弁23、サーモスタット25の制御手順は、上記各実施形態とほぼ同様の制御手順である。図13のタイムチャートに、冷間始動後の電動ポンプ19の作動状態とエンジン水温の上昇とエンジン油温の上昇の関係を示す。同図の短い破線は、エンジン水温を示し、長い破線は、エンジン油温を示している。その他の線は、図11の線と同様である。
また、上記各実施形態では、電動ポンプ19やサーモスタット25を一定の周期で制御しているが、電動ポンプ19の停止時間やサーモスタット25の開弁時間を変えることができる限り、これに限定されない。例えば、それらを可変周期で制御してもよい。
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。