JP6604349B2 - 機関冷却システム - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の出力軸の回転と連動するポンプによって、冷却液を循環させる機関冷却システムに関するものである。

特許文献１には、冷却液循環経路に設けられた制御バルブを閉じてラジエータへの冷却液の循環を停止し、暖機の促進を図るようにした機関冷却システムが開示されている。ところで、内燃機関の出力軸の回転と連動するポンプによって冷却液を循環させる機関冷却システムの場合、機関回転速度が高くなると、単位時間当たりにポンプから吐出される冷却液の量が多くなる。そのため、ラジエータへの冷却液の循環が停止されていると、冷却液循環経路内の圧力が高くなって冷却液循環経路を構成している配管などに大きな負荷がかかるおそれがある。そこで、特許文献１に記載されている機関冷却システムでは、暖機が完了していなくても機関回転速度が所定の機関回転速度以上になると制御バルブを開き、ラジエータへ冷却液を循環させるようにしている。

特開２０１３−２３４６０５号公報

ところで、機関回転速度が所定の機関回転速度以上であることに基づいて、制御バルブを開くと、内燃機関を通過して温められた冷却液が、それまで冷却液の循環が停止されていたラジエータに流れ込むようになる。その結果、ラジエータが急に温められてラジエータにおいて大きな熱歪みが発生してしまうおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための機関冷却システムは、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液を循環させる冷却液循環経路と、前記冷却液循環経路の途中に設けられていて前記内燃機関の出力軸の回転に連動するポンプと、前記冷却液循環経路の途中に設けられていて、前記ラジエータに繋がるラジエータポートが設けられているハウジング及び同ハウジングに収容されている弁体を有し、前記弁体が前記ハウジング内で動くことによって前記ラジエータポートの開口率が０％から１００％までの範囲で変化する制御バルブと、前記制御バルブを制御する制御装置と、を備えている。そして、この機関冷却システムでは、前記制御装置が、前記内燃機関の暖機が完了していないときに前記ラジエータポートの開口率を０％にする暖機促進制御と、前記内燃機関の暖機が完了していなくても機関回転速度が所定の機関回転速度以上のときに前記所定の機関回転速度未満のときよりも前記ラジエータポートの開口率を大きくする圧力緩和制御とを実行する。また、この機関冷却システムでは、前記制御装置が、前記圧力緩和制御において、前記ラジエータの温度が低いときには前記ラジエータの温度が高いときよりも低い機関回転速度から前記ラジエータポートの開口率を大きくする。

ラジエータの温度が低いほど、暖機促進制御によるラジエータへの冷却液の循環の停止が解除され、内燃機関を通過して温められた冷却液がラジエータに流れ込んだときのラジエータの温度変化が大きくなるため、ラジエータの熱歪みが大きくなりやすい。これに対して、上記構成によれば、ラジエータの温度が低い場合には、より低い機関回転速度からラジエータポートの開口率が大きくされて暖機促進制御による循環の停止が解除される。

内燃機関の出力軸の回転と連動するポンプからの単位時間当たりの冷却液の吐出量は機関回転速度が低いほど少ない。そのため、上記構成によれば、ラジエータの温度が低い場合には、より機関回転速度が低い状態、すなわちポンプからの吐出量が少ない状態でラジエータへの冷却液の循環の停止が解除される。これにより、ポンプからの吐出量が多い状態で循環の停止を解除する場合と比較してラジエータへの冷却液の循環の停止が解除されたときのラジエータの温度変化を緩和でき、循環の停止の解除によるラジエータの熱歪みを抑制できる。

したがって、上記構成によれば、ラジエータへの冷却液の循環の停止の解除によって生じるラジエータの熱歪みを抑制しつつ、冷却液循環経路を構成する配管などへの大きな負荷の作用を抑制できる。

この機関冷却システムの一態様では、前記制御装置が、前記圧力緩和制御において、前記ラジエータの温度が低いときほど低い機関回転速度から前記ラジエータポートの開口率を大きくする。

暖機の促進を図る上では、暖機が完了するまではできる限りラジエータへの冷却液の循環を停止しておくことが好ましい。
これに対して上記構成によれば、ラジエータの温度が低く、ラジエータへの冷却液の循環の停止の解除に伴い大きな熱歪みが発生しやすいときほど、ポンプからの吐出量が少ない状態でラジエータポートの開口率が大きくされ、ラジエータへの冷却液の循環の停止が解除される。すなわち、熱歪みが生じるリスクの大きさに合わせて循環の停止を解除する機関回転速度が変化するようになる。したがって、上記構成によれば、暖機の促進と機関冷却システムの保護との両立を図ることができる。

内燃機関が始動されるまでに内燃機関の運転が停止されている期間が十分に長ければ、ラジエータの温度は外気温と等しくなっている。そこで、内燃機関が始動されて暖機が完了するまでの間に実行される圧力緩和制御においては、外気温を用いてラジエータの温度を推定できる。

そのため、機関冷却システムの一態様として、外気温をラジエータの温度とみなして圧力緩和制御を実行する態様を採用することもできる。
また、この機関冷却システムの一態様では、前記制御装置が、前記圧力緩和制御において前記ラジエータポートの開口率を大きくするときに、機関回転速度が高いときほど前記ラジエータポートの開口率を大きくするように機関回転速度に応じて前記制御バルブを制御する。

上記構成によれば、機関回転速度が高く、単位時間当たりにポンプから吐出される冷却液の量が多いほど、すなわち、冷却液循環経路内の圧力が高くなりやすいときほど、ラジエータポートの開口率が大きくなる。これにより、冷却液循環経路内の圧力が高くなるリスクの大きさに合わせてラジエータポートの開口率を大きくできる。したがって、上記構成によれば、より一層、暖機の促進と機関冷却システムの保護との両立を図ることができる。

また、この機関冷却システムの一態様では、前記制御装置が、前記ラジエータポートの開口率が１００％よりも小さい基準開口率以下であることを条件に、前記圧力緩和制御を実行する。

そもそもラジエータポートの開口率が十分に大きくなっている場合には、圧力緩和制御を実行してラジエータポートの開口率を大きくしなくてもよい場合がある。この点、上記構成によれば、ラジエータポートの開口率が基準開口率以下であることを条件に圧力緩和制御を実行するため、ラジエータポートの開口率を大きくしてラジエータへの冷却液の循環の制限を緩和しなくてもよい場合に圧力緩和制御が実行されてしまうことを抑制できる。

また、この機関冷却システムの一態様では、前記制御装置が、機関回転速度が基準回転速度以上であることを条件に、前記圧力緩和制御を実行する。
機関回転速度が低い場合には、単位時間当たりのポンプからの冷却液の吐出量が少ないため、圧力緩和制御を実行してラジエータポートの開口率を大きくしなくてもよい場合がある。この点、上記構成によれば、機関回転速度が基準回転速度以上であることを条件に圧力緩和制御を実行するため、ラジエータポートの開口率を大きくしてラジエータへの冷却液の循環の制限を緩和しなくてもよい場合に圧力緩和制御が実行されてしまうことを抑制できる。

機関冷却システムの一実施形態の構成を示す模式図。 制御バルブにおける弁体の弁位相と各ポートの開口率との関係を示すグラフ。 圧力緩和制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 機関回転速度及び外気温と下限弁位相との関係を示す図。 機関回転速度とラジエータポートの開口率との関係を示すグラフ。 従来の機関冷却システムにおける機関回転速度及びラジエータ流量の変化と、ラジエータ熱歪みの変化との関係を示すタイミングチャート。 実施形態の機関冷却システムにおける機関回転速度及びラジエータ流量の変化と、ラジエータ熱歪みの変化との関係を示すタイミングチャート。 変更例の機関冷却システムにおける機関回転速度とラジエータポートの開口率との関係を示すグラフ。

以下、内燃機関のウォータジャケットに冷却液を循環させて内燃機関を冷却する機関冷却システムの一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示されているように、この機関冷却システムは、内燃機関のウォータジャケット１１０及びラジエータ１２０の間で冷却液を循環させる冷却液循環経路１００を備えている。なお、冷却液循環経路１００は途中で分岐しており、ラジエータ１２０を通過させずに、冷却液をデバイス１３０に循環させる経路を含んでいる。なお、デバイス１３０は、冷却液を熱の媒体として利用するラジエータ１２０以外の装置であり、例えば、スロットルボディやＥＧＲバルブ、そして、内燃機関の潤滑油を冷却するオイルクーラなどである。

冷却液循環経路１００の途中には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトの回転と連動するポンプ１４０が設けられている。ポンプ１４０の出口には、ウォータジャケット１１０の入口に繋がっているポンプ出口側通路１０５が接続されている。これにより、ポンプ１４０から吐出された冷却液はポンプ出口側通路１０５を通じてウォータジャケット１１０に導入される。なお、このポンプ１４０はクランクシャフトの回転と連動するため、このポンプ１４０からの単位時間当たりの冷却液の吐出量はクランクシャフトの回転速度である機関回転速度ＮＥが高くなるほど多くなる。

ウォータジャケット１１０の出口には、制御バルブ１５０に繋がっているウォータジャケット出口側通路１０１が接続されている。制御バルブ１５０は、入口ポート１５１とラジエータポート１５２とデバイスポート１５６とが設けられているハウジング１５５の内部に、各ポート１５１，１５２，１５６の連通と遮断とを切り替える弁体１５８を収容したものである。弁体１５８には弁体内通路１５７が形成されており、弁体１５８を回転軸Ｃ１を中心にハウジング１５５内で回転させることにより、各ポート１５１，１５２，１５６の連通と遮断とを切り替えることができる。なお、弁体１５８はモータ１５９によって駆動されるため、モータ１５９を制御することによって弁体１５８の向きを制御することができる。ウォータジャケット出口側通路１０１は、制御バルブ１５０の入口ポート１５１に接続されている。

制御バルブ１５０のラジエータポート１５２には、ラジエータ１２０の入口に繋がっているラジエータ入口側配管１０２が接続されている。そして、ラジエータ１２０の出口には、ポンプ１４０の入口に繋がっているポンプ入口側通路１０４と繋がっているラジエータ出口側配管１０３が接続されている。したがって、入口ポート１５１とラジエータポート１５２とが弁体内通路１５７を介して連通しているときには、ウォータジャケット１１０を通過した冷却液が、制御バルブ１５０を介してラジエータ１２０に導入される。そして、ラジエータ１２０を通過した冷却液は、ラジエータ出口側配管１０３及びポンプ入口側通路１０４を通じてポンプ１４０に吸入される。これにより、冷却液がウォータジャケット１１０とラジエータ１２０との間で循環する。

また、制御バルブ１５０のデバイスポート１５６には、デバイス１３０の入口に繋がっているデバイス入口側配管１０６が接続されている。そして、デバイス１３０の出口には、ポンプ入口側通路１０４と繋がっているデバイス出口側配管１０７が接続されている。したがって、入口ポート１５１とデバイスポート１５６とが弁体内通路１５７を介して連通しているときには、ウォータジャケット１１０を通過した冷却液が、制御バルブ１５０を介してデバイス１３０に導入される。そして、デバイス１３０を通過した冷却液は、デバイス出口側配管１０７及びポンプ入口側通路１０４を通じてポンプ１４０に吸入される。これにより、冷却液がウォータジャケット１１０とデバイス１３０との間で循環する。すなわち、この機関冷却システムでは、デバイス入口側配管１０６及びデバイス出口側配管１０７が、ラジエータ１２０を通過させずに冷却液をデバイス１３０に循環させる経路を構成している。

また、図１に示されているように、ポンプ出口側通路１０５とデバイス出口側配管１０７とは、リリーフ通路１０８で接続されている。リリーフ通路１０８の途中には、ポンプ出口側通路１０５内の圧力がデバイス出口側配管１０７内の圧力よりも高くなっているときに、ポンプ出口側通路１０５側からデバイス出口側配管１０７側への冷却液の流動を許容するリリーフバルブ１０９が設けられている。

制御バルブ１５０の制御は制御装置１６０によって行われる。制御装置１６０には、内燃機関の吸気通路を流れる空気の流量である吸入空気量ＧＡとその空気の温度、すなわち外気温Ｔｈａを検出するエアフロメータ１６２が接続されている。また、制御装置１６０には、クランクシャフトの回転位相であるクランク角を検出するクランクポジションセンサ１６３も接続されている。制御装置１６０は、クランクポジションセンサ１６３によって検出されたクランク角に基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。

また、ウォータジャケット出口側通路１０１には、ウォータジャケット１１０の出口から出てきた冷却液の温度である出口液温Ｔｈｗｏｕｔを検出する出口液温センサ１６１が設けられており、この出口液温センサ１６１も制御装置１６０に接続されている。制御装置１６０はこれら出口液温Ｔｈｗｏｕｔ、外気温Ｔｈａ及び機関回転速度ＮＥに基づいて制御バルブ１５０を制御する。

図２に示されているように、制御バルブ１５０では、弁体１５８の弁位相の変化に応じてデバイスポート１５６の開口率及びラジエータポート１５２の開口率が変化するように、弁体内通路１５７が形成されている。なお、弁位相は、図１に示されている位置を弁位相が０［°］の位置とし、この位置からの図１における時計回り方向の弁体１５８の回転角度で示されている。また、開口率は、各ポート１５２，１５６の全開時の開口面積に対する開口面積の比率であり、１００［％］が全開の状態を、０［％］が全閉の状態を示している。

図２に示されているように、制御バルブ１５０では、弁位相が０［°］からａ１［°］までの間はデバイスポート１５６及びラジエータポート１５２の双方の開口率が０［％］に維持される。弁位相がａ１［°］よりも大きくなると、デバイスポート１５６が開き始め、弁位相が大きくなるのに伴ってデバイスポート１５６の開口率が大きくなる。そして、弁位相がａ２［°］になると、デバイスポート１５６の開口率が１００［％］に達する。なお、弁位相がａ１［°］からａ２［°］までの間もラジエータポート１５２の開口率は０［％］に維持される。

そして、弁位相がａ２［°］からａ４［°］までの間はデバイスポート１５６の開口率が１００［％］に維持され、ラジエータポート１５２の開口率が０［％］に維持される。弁位相がａ４［°］よりも大きくなると、ラジエータポート１５２が開き始め、弁位相が大きくなるのに伴ってラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。そして、弁位相がａ６［°］になると、ラジエータポート１５２の開口率が１００［％］に達する。なお、弁位相がａ２［°］からａ６［°］までの間もデバイスポート１５６の開口率は１００［％］に維持される。

このように、この機関冷却システムにおける制御バルブ１５０は、弁体１５８がハウジング１５５内で回転軸Ｃ１を中心に回転することによって弁位相が変化すると、それに伴い各ポート１５２，１５６の開口率が０［％］から１００［％］の間の範囲で変化する。制御装置１６０は、モータ１５９を制御して弁位相を変更し、制御バルブ１５０における各ポート１５２，１５６の開口率を制御する。制御装置１６０は、制御バルブ１５０を制御するために、要求弁位相を演算して目標弁位相を設定し、弁位相が目標弁位相と一致するようにモータ１５９を駆動する。なお、目標弁位相は後述する下限弁位相Ｌｇｒｄなどによる制限を受けない限り、基本的には要求弁位相と等しい値に設定される。

具体的には、制御装置１６０は内燃機関の暖機が完了していないとき、すなわち出口液温Ｔｈｗｏｕｔが暖機完了温度よりも低いときには、次のように要求弁位相を演算する。なお、暖機完了温度は例えば８０［℃］である。

出口液温Ｔｈｗｏｕｔが暖機完了温度よりも低いときには、制御装置１６０は、機関始動後に所定の期間が経過するまで、各ポート１５２，１５６の開口率がいずれも０［％］になるように要求弁位相を０［°］に保持する。これにより、ラジエータ１２０及びデバイス１３０への冷却液の循環を停止することで、内燃機関のシリンダ壁面の昇温、すなわち暖機を促進する。なお、この機関冷却システムでは、要求弁位相を０［°］に保持する期間の長さを、機関始動時の出口液温Ｔｈｗｏｕｔが低いほど長い期間になるように、機関始動時の出口液温Ｔｈｗｏｕｔに応じて可変設定している。また、各ポート１５２，１５６の開口率がいずれも０［％］になっているときには、クランクシャフトの回転と連動したポンプ１４０の駆動に伴ってポンプ出口側通路１０５内の圧力がデバイス出口側配管１０７内の圧力よりも高くなる。これにより、リリーフバルブ１０９が開弁してリリーフ通路１０８をポンプ出口側通路１０５側からデバイス出口側配管１０７側へ冷却液が流れる。すなわち、このときには、ポンプ１４０から吐出された冷却液は、リリーフ通路１０８を通じて循環する。

そして、機関始動から所定の期間が経過すると、制御装置１６０は、デバイスポート１５６を開くように要求弁位相を変更する。具体的には、弁体１５８を図１における時計回り方向に回転させるように、要求弁位相をａ２［°］よりも大きく且つａ４［°］よりも小さいａ３［°］にする。弁位相がａ３［°］になると、デバイスポート１５６の開口率が１００［％］になる一方で、ラジエータポート１５２の開口率は０［％］に保持される。これにより、ポンプ１４０から吐出された冷却液は、ウォータジャケット１１０を通過したあと、ラジエータ１２０には供給されずに、デバイス１３０を通過してポンプ１４０に戻るようになる。

一方で、制御装置１６０は、内燃機関の暖機が完了しているとき、すなわち出口液温Ｔｈｗｏｕｔが暖機完了温度以上になっているときには、目標液温と出口液温Ｔｈｗｏｕｔの偏差に応じて、要求弁位相をａ４［°］からａ６［°］の間で変化させる。すなわち、出口液温Ｔｈｗｏｕｔが目標液温よりも高いときにはラジエータポート１５２の開効率が大きくなるように要求弁位相を大きくし、出口液温Ｔｈｗｏｕｔが目標液温よりも低いときにはラジエータポート１５２の開口率が小さくなるように要求弁位相を小さくする。これにより、制御装置１６０は、要求弁位相をフィードバック制御することによって出口液温Ｔｈｗｏｕｔを目標液温に近づけるように、ラジエータポート１５２の開口率を変更する。

なお、上記のように、内燃機関の暖機が完了していないときに、ラジエータポート１５２の開口率を０［％］にするように要求弁位相を演算してラジエータ１２０への冷却液の循環を停止させ、暖機を促進する制御が暖機促進制御である。

暖機促進制御を実行してラジエータ１２０への冷却液の循環を停止しているときには、機関回転速度ＮＥが高くなって単位時間当たりにポンプ１４０から吐出される冷却液の量が多くなると、冷却液循環経路１００を構成している配管などに大きな負荷がかかるおそれがある。例えば、デバイスポート１５６及びラジエータポート１５２の開口率がいずれも０［％］になっているときには、リリーフ通路１０８を通じて冷却液が循環するものの、リリーフ通路１０８を通じて循環させることのできる冷却液の量は限られる。そのため、機関回転速度ＮＥが高くなると、ポンプ出口側通路１０５及びウォータジャケット出口側通路１０１内の圧力が高くなり、ポンプ出口側通路１０５及びウォータジャケット出口側通路１０１に大きな負荷がかかるおそれがある。また、デバイスポート１５６の開口率が１００［％］であり、ラジエータポート１５２の開口率が０［％］になっているときには、デバイス１３０に冷却液が循環するようになるものの、この場合にもラジエータ１２０側への循環は停止しているため、循環させることのできる冷却液の量は限られる。そのため、機関回転速度ＮＥがさらに高くなった場合に、ポンプ出口側通路１０５及びウォータジャケット出口側通路１０１、デバイス入口側配管１０６、デバイス出口側配管１０７などの配管内の圧力が高くなり、これらに大きな負荷がかかるおそれがある。

そこで、この機関冷却システムでは、制御装置１６０が、下限弁位相Ｌｇｒｄを設定して、機関回転速度ＮＥが高いときに要求弁位相よりも目標弁位相を大きくすることにより、ラジエータポート１５２の開口率を大きくする圧力緩和制御を実行する。

以下、この圧力緩和制御について詳しく説明する。図３はこの圧力緩和制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示されている一連の処理は、要求弁位相が、図２に示されているようにラジエータポート１５２の開口率が１００［％］よりも小さい基準開口率ｐ１［％］になる弁位相であるａ５［°］以下であるときに、制御装置１６０によって所定の制御周期で繰り返し実行される。

図３に示されているように、制御装置１６０は、この一連の処理を開始すると、まず、ステップＳ１００において機関回転速度ＮＥを取得する。そして、ステップＳ１１０において、取得した機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔよりも高いか否かを判定する。なお、基準回転速度ＮＥｓｔは、機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔ以下であればリリーフ通路１０８を通じて冷却水が循環することで、冷却液循環経路１００を構成する配管に過剰な負荷がかかることがないと判定できる大きさの値になっている。

ステップＳ１１０において機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔ以下であると判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、制御装置１６０は、何もせずに、そのままこの一連の処理を一旦終了させる。

一方、ステップＳ１１０において機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔよりも高いと判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、制御装置１６０は、処理をステップＳ１２０へと進める。制御装置１６０は、ステップＳ１２０においてラジエータ１２０の温度を推定するために外気温Ｔｈａを取得する。そして、ステップＳ１３０において、取得した機関回転速度ＮＥと取得した外気温Ｔｈａとに基づいて下限弁位相Ｌｇｒｄを算出する。ここでは、機関回転速度ＮＥが高いときほど下限弁位相Ｌｇｒｄが大きくなるように、下限弁位相Ｌｇｒｄを算出する。また、取得した外気温Ｔｈａをラジエータの温度とみなして、ラジエータの温度が低いときほど、すなわち外気温Ｔｈａが低いときほど、下限弁位相Ｌｇｒｄが大きくなるように、下限弁位相Ｌｇｒｄを算出する。

具体的には、図４に示されているように、下限弁位相Ｌｇｒｄは、機関回転速度ＮＥと外気温Ｔｈａとを入力とし、下限弁位相Ｌｇｒｄを出力とするマップを参照して算出される。このマップでは、下限弁位相Ｌｇｒｄは機関回転速度ＮＥが低いときには０［°］であるが、機関回転速度ＮＥがある程度高くなるとａ４［°］になり、そこからは機関回転速度ＮＥが高くなるほど大きくなって最終的にはａ６［°］になる。また、外気温Ｔｈａが低いほど下限弁位相Ｌｇｒｄがａ４［°］になる機関回転速度ＮＥ及び下限弁位相Ｌｇｒｄがａ５［°］になる機関回転速度ＮＥが低くなる。

こうしてステップＳ１３０において下限弁位相Ｌｇｒｄを算出すると、制御装置１６０は処理をステップＳ１４０へと進め、ステップＳ１４０において下限弁位相Ｌｇｒｄによって目標弁位相を下限ガードする。具体的には、制御装置１６０は、要求弁位相と下限弁位相Ｌｇｒｄとのうち、大きい値を目標弁位相に設定する。これにより、要求弁位相が下限弁位相Ｌｇｒｄ未満である場合には、目標弁位相が要求弁位相よりも大きな下限弁位相Ｌｇｒｄに変更される。なお、要求弁位相が下限弁位相Ｌｇｒｄ以上である場合には、目標弁位相は要求弁位相の値と等しい値になる。こうしてステップＳ１４０の処理を実行すると、制御装置１６０はこの一連の処理を一旦終了させる。なお、この一連の処理におけるステップＳ１３０及びステップＳ１４０の処理が圧力緩和制御に相当する。

次に本実施形態にかかる圧力緩和制御の作用について、図５〜７を参照して説明する。図５は、出口液温Ｔｈｗｏｕｔが暖機完了温度よりも低い温度、例えば５０［℃］であり、要求弁位相がａ３［°］になっている場合における機関回転速度ＮＥとラジエータポート１５２の開口率との関係を示したグラフである。図５では、外気温Ｔｈａが２０［℃］以上のときの機関回転速度ＮＥとラジエータポート１５２の開口率との関係を実線で示している。また、外気温Ｔｈａが−１０［℃］のときの機関回転速度ＮＥとラジエータポート１５２の開口率との関係を一点鎖線で示し、外気温Ｔｈａが−２０［℃］のときの機関回転速度ＮＥとラジエータポート１５２の開口率との関係を破線で示している。

図４を参照して上述したように、制御装置１６０は、圧力緩和制御において、外気温Ｔｈａが低いほど下限弁位相Ｌｇｒｄがａ４［°］になる機関回転速度ＮＥ及び下限弁位相Ｌｇｒｄがａ５［°］になる機関回転速度ＮＥが低くなるように、外気温Ｔｈａと機関回転速度ＮＥとに基づいて下限弁位相Ｌｇｒｄを算出している。

そのため、図５に示されているように、機関回転速度ＮＥが高くなると、圧力緩和制御を通じて算出される下限弁位相Ｌｇｒｄが要求弁位相であるａ３［°］を上回り、目標弁位相が下限弁位相Ｌｇｒｄによって下限ガードされ、ラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。

このときには、図５に実線で示されているように、外気温Ｔｈａが２０［℃］以上のときには、機関回転速度ＮＥがｎ３０のときにラジエータポート１５２が開き始め、機関回転速度ＮＥが高くなるほどラジエータポート１５２の開口率が大きくなってラジエータポート１５２が全開に至る。

これに対して、図５に一点鎖線で示されているように、外気温Ｔｈａが−１０［℃］のときには、機関回転速度ＮＥがｎ３０よりも低いｎ２０のときにラジエータポート１５２が開き始め、機関回転速度ＮＥが高くなるほどラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。そして、途中からは外気温Ｔｈａが２０［℃］のときと同様の態様で機関回転速度ＮＥに応じてラジエータポート１５２の開口率が変化するようになり、ラジエータポート１５２が全開に至る。

また、図５に破線で示されているように、外気温Ｔｈａが−２０［℃］のときには、機関回転速度ＮＥがｎ２０よりも低いｎ１０のときにラジエータポート１５２が開き始め、機関回転速度ＮＥが高くなるほどラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。そして、途中からは外気温Ｔｈａが２０［℃］のときと同様の態様で機関回転速度ＮＥに応じてラジエータポート１５２の開口率が変化するようになり、ラジエータポート１５２が全開に至る。

このように、この機関冷却システムの制御装置１６０は、圧力緩和制御を通じて、内燃機関の暖機が完了していなくても機関回転速度ＮＥが所定の機関回転速度以上のときに所定の機関回転速度未満のときよりもラジエータポート１５２の開口率を大きくする。こうしてラジエータポート１５２の開口率を大きくすることにより、暖機促進制御によるラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除される。これにより、制御バルブ１５０を通じてラジエータ１２０側にも冷却液が循環するようになり、冷却液循環経路１００を構成している配管に大きな負荷が作用することが抑制される。

また、図５に示されているように、この機関冷却システムでは、圧力緩和制御において、外気温Ｔｈａが低く、ラジエータ１２０の温度が低いときほど、低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。このように圧力緩和制御において、ラジエータ１２０の温度が低いときほど、低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を大きくすることによる作用について、図６及び図７を参照して説明する。なお、図６及び図７は、いずれもラジエータ１２０の温度が−２０［℃］の場合における機関回転速度ＮＥ及びラジエータ流量の変化と、ラジエータ熱歪みの変化との関係を示すタイミングチャートである。図７はこの実施形態の機関冷却システムにおける機関回転速度ＮＥ及びラジエータ流量の変化と、ラジエータ熱歪みの変化との関係を示すタイミングチャートである。一方で図６は比較例であり、圧力緩和制御において、ラジエータ１２０の温度によらず常に機関回転速度ＮＥがｎ３０以上になったときにラジエータポート１５２を開くようにしている従来の機関冷却システムにおける機関回転速度ＮＥ及びラジエータ流量の変化と、ラジエータ熱歪みの変化との関係を示すタイミングチャートである。この比較例の場合には、ラジエータ１２０の温度によらず常に図５において実線で示した態様で圧力緩和制御を実行している。なお、図６に示されている比較例の場合も、図７に示されているこの実施形態の機関冷却システムの場合も、機関回転速度ＮＥの変化の態様は同一である。

図６に示されているように、比較例の場合、時刻ｔ１０において機関回転速度ＮＥが高くなり始め、時刻ｔ２０において機関回転速度がｎ３０を超えると、圧力緩和制御を通じてラジエータポート１５２の開口率が大きくされ、ラジエータ１２０に冷却液が循環するようになる。これにより、時刻ｔ２０以降は、徐々に単位時間当たりにラジエータ１２０を通過する冷却液の量であるラジエータ流量が多くなる。

このときには、ラジエータ１２０の温度が−２０［℃］であるため、時刻ｔ２０においてラジエータポート１５２が開き、ウォータジャケット１１０を通過して温められた冷却液がラジエータ１２０に流れ込むと、ラジエータ１２０が温められ、熱歪みが発生する。

そして、時刻ｔ３０において機関回転速度ＮＥの変化が低下に転じると、機関回転速度ＮＥの低下に伴ってラジエータポート１５２の開口率が小さくなるとともにポンプ１４０からの冷却液の吐出量も少なくなり、ラジエータ流量が少なくなる。そして、ラジエータ流量が「０」になり、ラジエータ１２０の熱歪みは解消されていく。

これに対して、図７に示されているように、この実施形態の機関冷却システムの場合、時刻ｔ１０において機関回転速度ＮＥが高くなり始めたあと、時刻ｔ２０よりも前の時刻ｔ１５において機関回転速度がｎ１０を超えた時点から、圧力緩和制御を通じてラジエータポート１５２の開口率が大きくなる。これにより、時刻ｔ１５の時点からラジエータ１２０に冷却液が循環するようになり、時刻ｔ１５以降は、徐々に単位時間当たりにラジエータ１２０を通過する冷却液の量であるラジエータ流量が多くなる。このように、この機関冷却システムの場合には、図６に示されている比較例の場合よりも機関回転速度ＮＥが低く、ポンプ１４０からの冷却液の吐出量が少ない時点からラジエータ１２０への冷却液の循環の停止を解除する。そのため、ポンプ１４０からの吐出量が多い状態で循環の停止を解除する比較例の場合と比較して、ラジエータ流量の増大は緩やかになっている。したがって、時刻ｔ１５においてラジエータポート１５２が開き、ウォータジャケット１１０を通過して温められた冷却液がラジエータ１２０に流れ込むようになったときのラジエータ１２０の温度変化が比較例の場合よりも緩和されており、熱歪みも抑制されている。

具体的には、図６に示されているように機関回転速度ＮＥがｎ３０になった時点でラジエータポート１５２が開き始める比較例における熱歪みの最大値はｄ２０である。これに対して、図７に示されているように機関回転速度ＮＥがｎ１０になった時点でラジエータポート１５２が開き始めるこの機関冷却システムにおける熱歪みの最大値は、ｄ２０よりも小さいｄ１０になっている。

なお、この機関冷却システムの場合にも、時刻ｔ３０において機関回転速度ＮＥの変化が低下に転じると、機関回転速度ＮＥの低下に伴ってラジエータポート１５２の開口率が小さくなるとともにポンプ１４０からの冷却液の吐出量も少なくなり、ラジエータ流量が少なくなる。そして、ラジエータ流量が「０」になり、ラジエータ１２０の熱歪みは解消されていく。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ラジエータ１２０の温度が低い場合には、より低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率が大きくされて暖機促進制御による循環の停止が解除される。すなわち、ラジエータ１２０の温度が低い場合には、ポンプ１４０からの吐出量が少ない状態でラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除される。これにより、ポンプ１４０からの吐出量が多い状態で循環の停止を解除する場合と比較してラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除されたときのラジエータ１２０の温度変化を緩和でき、循環の停止の解除によるラジエータ１２０の熱歪みを抑制できる。

したがって、ラジエータ１２０への冷却液の循環の停止の解除によって生じるラジエータ１２０の熱歪みを抑制しつつ、冷却液循環経路１００を構成する配管などへの大きな負荷の作用を抑制できる。

（２）暖機の促進を図る上では、暖機が完了するまではできる限りラジエータ１２０への冷却液の循環を停止しておくことが好ましい。これに対してこの機関冷却システムの場合、ラジエータ１２０の温度が低く、ラジエータ１２０への冷却液の循環の停止の解除に伴い大きな熱歪みが発生しやすいときほど、ポンプ１４０からの吐出量が少ない状態でラジエータポート１５２の開口率が大きくされ、ラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除される。すなわち、熱歪みが生じるリスクの大きさに合わせて循環の停止を解除する機関回転速度が変化するようになる。したがって、暖機の促進と機関冷却システムの保護との両立を図ることができる。

（３）内燃機関が始動されるまでに内燃機関の運転が停止されている期間が十分に長ければ、ラジエータ１２０の温度は外気温Ｔｈａと等しくなっている。そこで、内燃機関が始動されて暖機が完了するまでの間に実行される圧力緩和制御においては、外気温を用いてラジエータ１２０の温度を推定できる。この機関冷却システムでは、制御装置１６０は、外気温Ｔｈａをラジエータ１２０の温度とみなして圧力緩和制御を実行している。したがって、ラジエータ１２０の温度を測定するためのセンサを別途設けることなく、圧力緩和制御を実行することができる。

（４）図５に示されているようにこの機関冷却システムでは、圧力緩和制御において、機関回転速度ＮＥが高く、単位時間当たりにポンプ１４０から吐出される冷却液の量が多いほど、すなわち、冷却液循環経路１００内の圧力が高くなりやすいときほど、ラジエータポート１５２の開口率を大きくする。これにより、冷却液循環経路１００内の圧力が高くなるリスクの大きさに合わせてラジエータポート１５２の開口率を大きくできる。したがって、より一層、暖機の促進と機関冷却システムの保護との両立を図ることができる。

（５）この機関冷却システムでは、要求弁位相がａ５［°］以下のとき、すなわちラジエータポート１５２の開口率が基準開口率ｐ１［％］以下のときに、図３を参照して説明した一連の処理を実行するようにしている。すなわち、制御装置１６０は、ラジエータポート１５２の開口率が基準開口率ｐ１［％］よりも大きいときには、圧力緩和制御を実行しない。要するに、この機関冷却システムでは、制御装置１６０は、ラジエータポート１５２の開口率が基準開口率ｐ１以下であることを条件に、圧力緩和制御を実行している。

そもそもラジエータポート１５２の開口率が十分に大きくなっている場合には、圧力緩和制御を実行してラジエータポート１５２の開口率を大きくしなくてもよい場合がある。この点、この機関冷却システムでは、ラジエータポート１５２の開口率が基準開口率ｐ１以下であることを条件に圧力緩和制御を実行するため、ラジエータポート１５２の開口率を大きくしてラジエータ１２０への冷却液の循環の制限を緩和しなくてもよい場合に圧力緩和制御が実行されてしまうことを抑制できる。したがって、無駄に図３に示す一連の処理が実行されることを抑制し、制御装置１６０の演算負荷を抑制することができる。

（６）図３を参照して説明した一連の処理において、制御装置１６０は、機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔ以上であることを条件に、圧力緩和制御を実行する。機関回転速度ＮＥが低い場合には、単位時間当たりのポンプ１４０からの冷却液の吐出量が少ないため、圧力緩和制御を実行してラジエータポート１５２の開口率を大きくしなくてもよい場合がある。この点、この機関冷却システムによれば、機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔ以上であることを条件に圧力緩和制御を実行するため、ラジエータポート１５２の開口率を大きくしてラジエータ１２０への冷却液の循環の制限を緩和しなくてもよい場合に圧力緩和制御が実行されてしまうことを抑制できる。したがって、無駄に下限弁位相Ｌｇｒｄを算出することを抑制し、制御装置１６０の演算負荷を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態で実施することもできる。
・圧力抑制制御を実行していないときの弁位相の制御態様は上記の例に限らない。例えば、機関始動後に暖機促進制御において要求弁位相を０［°］に保持する期間の長さは、機関始動時の出口液温Ｔｈｗｏｕｔによらず常に一定の長さでもよい。また、機関始動後に出口液温Ｔｈｗｏｕｔが暖機完了温度よりも低い所定の温度以上になったときにデバイスポート１５６を開くようにしてもよい。また、暖機が完了したあとに弁位相を制御する際の目標液温は、内燃機関の運転状態に応じて可変設定してもよいし、内燃機関の運転状態によらずに一定の温度であってもよい。

・ポンプ出口側通路１０５とデバイス出口側配管１０７とを接続するリリーフ通路１０８が設けられている例を示したが、リリーフ通路の接続態様はこうした態様に限らない。すなわち、リリーフ通路は制御バルブ１５０においてデバイスポート１５６の開口率とラジエータポート１５２の開口率とがともに０［％］になっているときに圧力の過剰な上昇を抑制することができるよう接続されていればよい。例えば、ウォータジャケット出口側通路１０１とデバイス出口側配管１０７とを接続するリリーフ通路を設けるようにしてもよい。

・制御バルブ１５０が、入口ポート１５１の他に、デバイスポート１５６とラジエータポート１５２とを備えている例を示したが、制御バルブ１５０にさらに別のポートが設けられている場合であっても、上記の実施形態と同様に圧力緩和制御を実行する構成を適用することができる。すなわち、冷却液循環経路１００は、デバイス１３０に冷却液を循環させる経路及びラジエータ１２０に冷却液を循環させる経路の他に、冷却液を循環させる経路を備えていてもよい。また、冷却液循環経路１００が、ラジエータ１２０に冷却液を循環させる経路を含んでいれば、上記の実施形態と同様に圧力緩和制御を実行する構成を採用することができるため、冷却液循環経路１００は、デバイス１３０に冷却液を循環させる経路を備えていなくてもよい。

・制御バルブ１５０の構成は、ハウジング１５５内で弁体１５８が回転することにより各ポート１５２，１５６の開口率が変化するロータリー式のバルブに限らない。例えば、制御バルブとして、ハウジング内に収容された棒状のスプールをハウジング内で軸方向に移動させることにより、各ポート１５２，１５６の開口率を変更するスプールバルブを採用してもよい。

・圧力緩和制御を実行する条件は適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態では、要求弁位相がａ５［°］以下であるときに図３に示した一連の処理を実行するようにして、ラジエータポート１５２の開口率が基準開口率ｐ１以下であることを条件に、圧力緩和制御を実行するようにしていたが、この条件を省略してもよい。すなわち、図３に示した一連の処理を機関運転中に常に繰り返し実行するようにしてもよい。また、上記実施形態では、機関回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔ以上であることを条件に、圧力緩和制御を実行するようにしていたが、この条件を省略してもよい。すなわち、機関回転速度ＮＥによらず図３に示した一連の処理を実行しているときには常に圧力緩和制御を実行するようにしてもよい。また、暖機促進制御中に限って圧力緩和制御を実行するようにしてもよい。なお、上記実施形態と同様の圧力緩和制御を実行していても要求弁位相が下限弁位相Ｌｇｒｄ以上であるときには要求弁位相がそのまま目標弁位相になるため、圧力緩和制御によってラジエータポート１５２の開口率が大きくされることはない。

・制御装置１６０が外気温Ｔｈａをラジエータの温度とみなして圧力緩和制御を実行する例を示したが、ラジエータ１２０の温度を他の方法で取得するようにしてもよい。例えば、ラジエータ１２０に温度を検出する温度センサを設け、その温度センサによってラジエータ１２０の温度を検出するようにしてもよい。また、ラジエータ１２０内の冷却液の温度を検出する液温センサを設け、ラジエータ１２０内の冷却液の温度をラジエータ１２０の温度とみなすようにしてもよい。

・図５に破線及び一点鎖線で示したように、機関回転速度ＮＥが高いときほどラジエータポート１５２の開口率を大きくする圧力緩和制御を示したが、圧力緩和制御は、ラジエータ１２０の温度が低いときにラジエータ１２０の温度が高いときよりも低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を大きくするものであればよい。例えば、図８に示されているように、機関回転速度ＮＥによらずにラジエータポート１５２の開口率を一定の開口率まで大きくする構成を採用し、ラジエータ１２０の温度が低いときほど低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を一定の開口率まで大きくするようにしてもよい。図８に示されている例では、一点鎖線で示されているように、ラジエータ１２０の温度が−１０［℃］のときには、機関回転速度ＮＥがｎ３０よりも低いｎ２１以上になるとラジエータポート１５２が開き、ラジエータポート１５２の開口率が一定の大きさになる。そして、途中からは外気温Ｔｈａが２０［℃］のときと同様の態様で機関回転速度ＮＥに応じてラジエータポート１５２の開口率が変化するようになり、ラジエータポート１５２が全開に至る。また、破線で示されているように、外気温Ｔｈａが−２０［℃］のときには、機関回転速度ＮＥがｎ２１よりも低いｎ１１以上になるとラジエータポート１５２が開き、ラジエータポート１５２の開口率が一定の大きさになる。そして、途中からは外気温Ｔｈａが２０［℃］のときと同様の態様で機関回転速度ＮＥに応じてラジエータポート１５２の開口率が変化するようになり、ラジエータポート１５２が全開に至る。こうした態様でラジエータポート１５２の開口率を大きくする圧力緩和制御を実行するようにした場合にも、ラジエータ１２０の温度が低い場合には、ポンプ１４０からの吐出量が少ない状態でラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除されるようになる。これにより、ポンプ１４０からの吐出量が多い状態で循環の停止を解除する場合と比較してラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除されたときのラジエータ１２０の温度変化を緩和でき、循環の停止の解除によるラジエータ１２０の熱歪みを抑制できる。したがって、上記の実施形態と同様に、ラジエータ１２０への冷却液の循環の停止の解除によって生じるラジエータ１２０の熱歪みを抑制しつつ、冷却液循環経路１００を構成する配管などへの大きな負荷の作用を抑制できる。

・上記の実施形態では、ラジエータ１２０の温度に応じてそれぞれの機関回転速度ＮＥにおける下限弁位相Ｌｇｒｄを設定し、ラジエータ１２０の温度が低いほど低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を大きくするようにしていた。これに対して、圧力緩和制御は、ラジエータ１２０の温度が低いときに、ラジエータ１２０の温度が高いときよりも低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を大きくするものであればよい。例えば、ラジエータポート１５２の開口率を大きくする機関回転速度ＮＥを切り替える温度の閾値を設け、ラジエータ１２０の温度が閾値未満である場合には、ラジエータ１２０の温度が閾値以上である場合よりも、低い機関回転速度からラジエータポート１５２の開口率を大きくするようにしてもよい。この場合にも、ラジエータ１２０の温度が低いときにポンプ１４０からの吐出量が多い状態で循環の停止を解除する場合と比較してラジエータ１２０への冷却液の循環の停止が解除されたときのラジエータ１２０の温度変化を緩和でき、循環の停止の解除によるラジエータ１２０の熱歪みを抑制できる。

・下限弁位相Ｌｇｒｄによって目標弁位相を下限ガードすることにより、ラジエータポート１５２の開口率を大きくする圧力緩和制御を例示したが、圧力緩和制御によってラジエータポート１５２の開口率を大きくする際の具体的な方法は適宜変更することができる。例えば、下限弁位相Ｌｇｒｄを算出するのではなく、ラジエータ１２０の温度と機関回転速度ＮＥとから圧力緩和制御を実行しないときよりも大きな目標弁位相を直接算出し、ラジエータポート１５２の開口率を大きくするようにしてもよい。

１００…冷却液循環経路、１０１…ウォータジャケット出口側通路、１０２…ラジエータ入口側配管、１０３…ラジエータ出口側配管、１０４…ポンプ入口側通路、１０５…ポンプ出口側通路、１０６…デバイス入口側配管、１０７…デバイス出口側配管、１０８…リリーフ通路、１０９…リリーフバルブ、１１０…ウォータジャケット、１２０…ラジエータ、１３０…デバイス、１４０…ポンプ、１５０…制御バルブ、１５１…入口ポート、１５２…ラジエータポート、１５５…ハウジング、１５６…デバイスポート、１５７…弁体内通路、１５８…弁体、１５９…モータ、１６０…制御装置、１６１…出口液温センサ、１６２…エアフロメータ、１６３…クランクポジションセンサ。

Claims (5)

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液を循環させる冷却液循環経路と、前記冷却液循環経路の途中に設けられていて前記内燃機関の出力軸の回転に連動するポンプと、前記冷却液循環経路の途中に設けられていて、前記ラジエータに繋がるラジエータポートが設けられているハウジング及び同ハウジングに収容されている弁体を有し、前記弁体が前記ハウジング内で動くことによって前記ラジエータポートの開口率が０％から１００％までの範囲で変化する制御バルブと、前記制御バルブを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置が、前記内燃機関の暖機が完了していないときに前記ラジエータポートの開口率を０％にする暖機促進制御と、前記内燃機関の暖機が完了していなくても機関回転速度が所定の機関回転速度以上のときに前記所定の機関回転速度未満のときよりも前記ラジエータポートの開口率を大きくする圧力緩和制御とを実行する機関冷却システムであり、
   前記制御装置が、前記圧力緩和制御において、前記ラジエータの温度が低いときには前記ラジエータの温度が高いときよりも低い機関回転速度から前記ラジエータポートの開口率を大きくする機関冷却システム。
2. 前記制御装置が、前記圧力緩和制御において、前記ラジエータの温度が低いときほど低い機関回転速度から前記ラジエータポートの開口率を大きくする
   請求項１に記載の機関冷却システム。
3. 前記制御装置が、外気温を前記ラジエータの温度とみなして前記圧力緩和制御を実行する
   請求項１又は請求項２に記載の機関冷却システム。
4. 前記制御装置が、前記圧力緩和制御において前記ラジエータポートの開口率を大きくするときに、機関回転速度が高いときほど前記ラジエータポートの開口率を大きくするように機関回転速度に応じて前記制御バルブを制御する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の機関冷却システム。
5. 前記制御装置が、前記ラジエータポートの開口率が１００％よりも小さい基準開口率以下であることを条件に、前記圧力緩和制御を実行する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の機関冷却システム。