(57)【要約】【課題】  内燃機関が過度の温度上昇に至ることを防止した内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷却水が循環する循環路２と、この冷却水を循環させるウォーターポンプ３と、内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段（水温センサ１１）と、水温センサにより検出された冷却水の温度に応じてウォーターポンプの駆動度合いを設定する設定手段７１と、ウォーターポンプをこの駆動度合いに従って駆動させる制御手段７２とを備えている。この冷却装置は、駆動度合いに従ってウォーターポンプを間欠的に駆動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水が循環する循環路と、
前記冷却水を循環させるウォーターポンプと、
前記内燃機関の前記冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記冷却水の温度に応じて前記ウォーターポンプの駆動度合いを設定する設定手段と、
前記ウォーターポンプを前記駆動度合いに従って駆動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記ウォーターポンプを駆動させる駆動時間を前記駆動度合いとして設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記冷却水の温度が所定の温度範囲内である場合には、前記温度が高くなるに従って前記駆動時間を長く設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記内燃機関の負荷が大きくなるに従って前記駆動時間を長く設定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記内燃機関の負荷としての前記内燃機関の回転速度が高くなるに従って前記駆動時間を長く設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
前記循環路にヒータが設けられており、前記設定手段は、このヒータがオン状態である場合には、このヒータがオフ状態である場合よりも前記所定の温度範囲の下限を低く設定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置の公知例としては、例えば、特許文献１を挙げることができる。この特許文献１に記載されたエンジン冷却装置は、冷却水循環経路に設けられエンジンのクランク軸にクラッチを介して連結された機械式ウォーターポンプと、冷却水循環経路に設けられた電動ウォーターポンプとを備えている。そして、エンジンの低負荷時は電動ウォーターポンプを駆動させ、高負荷時は電動ウォーターポンプ及び機械式ウォーターポンプを駆動させるようエンジンの負荷情報に応じてクラッチ及び電動ウォーターポンプの駆動を制御するというものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９３４３０号公報（請求項１及び２、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記エンジン冷却装置では、水温センサが検出する冷却水の温度が所定温度に達するまではウォーターポンプがオンにならない。このため、ウォーターポンプがオンとなるまでは冷却水がエンジンのウォータージャケット内に留まったまま水温が上昇していき、エンジンが過度の温度上昇に至る可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、内燃機関が過度の温度上昇に至ることを防止した内燃機関の冷却装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷却水が循環する循環路と、前記冷却水を循環させるウォーターポンプと、前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された前記冷却水の温度に応じて前記ウォーターポンプの駆動度合いを設定する設定手段と、前記ウォーターポンプを前記駆動度合いに従って駆動させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、冷却水温度を制御変数とすると共にこれに応じてウォーターポンプの駆動度合いを変更することで、冷却水の温度を徐々に変化させることが可能である。従って、内燃機関の過度の温度上昇を抑制することが可能である。なお、ここでいうウォーターポンプの「駆動度合い」は、ウォーターポンプの能力を増減させうる手段・方法であれば、後述する駆動時間や駆動率以外であってもよい。
【０００８】
前記設定手段は、前記ウォーターポンプを駆動させる駆動時間を前記駆動度合いとして設定することが好ましい。このように駆動度合いとしてウォーターポンプを駆動させる駆動時間を設定することで、内燃機関の過度の温度上昇を簡易に抑制することが可能である。
【０００９】
前記設定手段は、前記冷却水の温度が所定範囲内である場合には、前記温度が高くなるに従って前記駆動時間を長く設定することが好ましい。このように構成することにより、内燃機関の過度の温度上昇をより確実に抑制することが可能である。
【００１０】
前記設定手段は、前記内燃機関の負荷が大きくなるに従って前記駆動時間を長く設定することが好ましい。このように冷却水温度に加えて内燃機関の負荷を制御変数とし、負荷が高いほど駆動時間を長くすることにより、ウォーターポンプの駆動時間をより精度よく設定することができ、内燃機関の過度の温度上昇をより確実に抑制することが可能である。
【００１１】
ここで、さらに前記設定手段は、前記内燃機関の負荷としての前記内燃機関の回転速度が高くなるに従って前記駆動時間を長く設定することが好ましい。これにより、ウォーターポンプの駆動時間をより一層精度よく設定することができ、内燃機関の過度の温度上昇をより一層確実に抑制できる。
【００１２】
前記循環路にヒータが設けられており、前記設定手段は、このヒータがオン状態である場合には、このヒータがオフ状態である場合よりも前記所定の温度範囲の下限を低く設定することが好ましい。このようにヒータがオン状態である場合に所定の温度範囲の下限を低く設定することで、水温が所定温度よりも低い温度範囲であっても駆動するのでヒータに冷却水（温水）が流入でき、暖房性能をより早く確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の冷却装置によれば、内燃機関の過度の温度上昇を防止できるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１を用いて本実施形態における内燃機関の冷却装置の構成について説明する。エンジン（内燃機関）１には、エンジンを冷却するための冷却水が流れるウォータージャケット（図示せず）が設けられている。このウォータージャケットには、ウォータージャケットの入水口と出水口とを接続し、冷却水を循環させる循環路２が設けられている。また、ウォータージャケットの出水口付近の循環路２には、冷却水を循環させるためのウォーターポンプ３が設けられている。本実施形態においては、ウォーターポンプとしてはこのウォーターポンプ３のみ設けられており、二つ設ける必要がないため、コストダウンにつなげることができる。ウォーターポンプ３としては、本実施形態では電磁クラッチ付きウォーターポンプを用いているが、これに限定されない。
【００１５】
また、循環路２にはラジエーター４が介装されており、エンジン１から流出した冷却水（温水）がラジエーター４に流入し、ラジエーター４で冷却されてウォーターポンプ３を介してエンジン１に再流入するように構成されている。循環路２には、ラジエーター４の上流側にスロットルボディ５、キャビン用ヒータ６が介装され、エンジン１から流出した冷却水（温水）が、スロットルボディ５、キャビン用ヒータ６を通過して、ウォーターポンプ３に流入するように構成されている。即ち、循環路２のうち、エンジン１からラジエーター４の上流側は温水通路として機能し、温水がスロットルボディ５、キャビン用ヒータ６に流入している。
【００１６】
また、エンジン１を制御するためのエンジン制御装置（ＥＣＵ）７がウォーターポンプ３に接続されている。ＥＣＵ７は、エンジン１及びエンジン１を制御するための各種装置に接続されているものであるが、ここでは説明のためウォーターポンプ３及びキャビン用ヒータ６に接続されていると共に、後述する水温センサ１１、スロットル開度センサ１２に接続されている以外は省略する。
【００１７】
水温センサ１１は、循環路２のウォータージャケットの出水口近傍に設けられており、エンジン１から流出した冷却水の温度を測定し、この水温を示す信号ＳＧ１をＥＣＵ７に送出する。また、スロットルボディ５に設けられた図示しないスロットルバルブの開度を測定するスロットル開度センサ１２は、スロットル開度を示す信号ＳＧ２をＥＣＵ７に送出する。
【００１８】
ＥＣＵ７は、水温センサ１１により測定した水温に応じて、ウォーターポンプ３の駆動度合いを変更して設定する設定手段７１と、この駆動度合いに応じてウォーターポンプ３を駆動させ冷却水の循環を制御する制御手段７２とを備えている。この設定手段７１と制御手段７２により、冷却水を循環路２内で適宜循環するように制御し、エンジン１の温度を調整している。このように、水温に応じてウォーターポンプ３の駆動度合いを調整することで、循環路２内を流通する水量を調整し、循環路２内の水温を徐々に上昇又は下降させることができるので、本実施形態では、内燃機関が過度の温度上昇に至ることを防止することができる。
【００１９】
ここで、駆動度合いとは、駆動時間をいう。このように駆動度合いとして時間を選択することで、簡易に駆動度合いを設定することができる。特に、本実施形態では、制御周期を設定しており、駆動度合いとは各制御周期におけるウォーターポンプの駆動時間の割合、即ち駆動率（駆動時間／一つの制御周期（時間））を意味する。このように制御周期を設けることで、エンジンの作動からエンジンの停止までの間にウォーターポンプの駆動を適宜設定することが可能である。図２を用いて駆動率の具体例を挙げて説明する。図２は、ウォーターポンプの駆動を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸はウォーターポンプのオン−オフ状態を示す。図２では、第一制御周期中においては、第一制御周期Ｔ秒の間にウォーターポンプ３はＴ／４秒駆動している。従って、第一制御周期におけるウォーターポンプ３の駆動率は２５％である。同様に、第二制御周期中においてはウォーターポンプ３の駆動率は５０％、第三制御周期中においては、ウォーターポンプ３の駆動率は７５％であり、第四制御周期中においては、ウォーターポンプ３の駆動率は１００％である。このように、駆動率を変化させてウォーターポンプ３を間欠的に駆動していることで、循環路２内の冷却水は徐々に流動し、水温は徐々に変化する。その結果、水温の急激な変化を防止でき、水温センサ１１も適切に測温できる。
【００２０】
各制御周期において、ＥＣＵ７は、設定手段７１により、各制御周期の初めに制御周期中における駆動率を水温に応じて設定し、制御手段７２により、制御周期中は設定された駆動率に応じてウォーターポンプ３を駆動させる（パルス幅変調）という制御を行っている。このように駆動度合いとしての駆動率を各制御周期毎に設定し、駆動率を水温に応じて設定しているので、水温の過度な急上昇、急降下を緩和することができる。
【００２１】
このＥＣＵ７による制御について、図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。初めに、ステップＳ１としてエンジン１が始動すると、初期設定がなされる（ステップＳ２）。初期設定においては、ＥＣＵ７に記録されていたタイマーがリセットされると共に、制御周期中を示すフラグをオフにする。
【００２２】
次いで、ステップＳ３に進み、制御周期中を示すフラグがオンであるかどうかにより制御周期中であるかどうかが判断される。フラグがオフである場合（ＮＯ）は、駆動度合いを設定するための設定期間であり、ステップＳ４へ進む。制御周期中のフラグがオンである場合（ＹＥＳ）は、後述するステップＳ１１へ進む。
【００２３】
ステップＳ４では、水温センサ１１からの水温を示す信号ＳＧ１が所定値以上であるかどうかにより、水温が第一設定水温以下であるかどうかが判断される。第一設定水温以下である場合には（ＹＥＳ）、エンジン１からの冷却水が低温であることを示し、これはエンジンが高温ではないことを示す。従って、冷却水を制御周期中に循環させる必要がない。この場合には、ステップＳ５へ進み、制御周期に対してウォーターポンプ３を駆動させる駆動時間を０に設定する。ステップＳ４で第一設定水温よりも水温が高ければ（ＮＯ）、ステップＳ６へ進む。
【００２４】
ステップＳ６では、スロットル開度センサ１２からのスロットル開度を示す信号ＳＧ２が所定値以下であるかどうかにより、エンジン負荷が所定値以下であるかどうかを判断する。なお、このステップＳ６における所定値は後述する制御変数に応じて設定されるものであり、一以上の制御変数を有する場合には、それぞれの制御変数に応じて所定値を決定する。この制御変数によっては当該所定値を有していないものもあり（例えば制御変数としてのキャビン用ヒータ６のオン−オフ信号）、その場合には当該ステップＳ６を省略してもよい。
【００２５】
ステップＳ６においてスロットルボディのスロットル開度が所定値よりも高い場合には（ＮＯ）、エンジン負荷が高いのでエンジン１が高温となりやすい。従って、スロットル開度が所定値よりも高い場合には、ステップＳ７へ進み、冷却水を制御周期中に常に循環させるためにウォーターポンプ３を駆動させる駆動時間を制御周期（時間）と同一とする。ステップＳ６でスロットル開度が所定値以下であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ８へ進む。
【００２６】
ステップＳ８では、水温が第二設定水温よりも低いかどうかを判断する。水温が第二設定水温以上である場合（ＮＯ）には、エンジン１の冷却水が高温であることからエンジン１が高温となっていると考えられる。従って冷却水を制御周期中に常に循環させる必要があるのでステップＳ７へ進み、ウォーターポンプ３を駆動させる駆動時間を制御周期と同一とする。
【００２７】
他方で、ステップＳ８で水温が第二設定水温よりも低い場合（ＹＥＳ）には、エンジンはそれほど高温となっていないことを示す。従って、この場合には、ステップＳ９へ進み、ウォーターポンプ３を間欠的に駆動させるために制御周期における駆動率を設定する。
【００２８】
ステップＳ９では、駆動率をマップから決定する。ここで、マップとしては、例えば図４に示すようなマップがあり、ゲインとしての駆動率は、水温及びエンジン負荷（スロットル開度を示す信号ＳＧ２）に応じて設定される。図４に示すマップでは、駆動率は、水温が高くなればなるほど、また、スロットル開度が大きくなれば大きくなるほど高くなるように設定されている。例えば、図４に示す温度Ｔａ負荷Ｄａでは、駆動率は０．１であり、温度Ｔｂ（Ｔｂ＞Ｔａ）負荷Ｄａでは、駆動率は０．４である。このように上述したステップＳ４及びＳ６で得られた水温及びエンジン負荷から駆動率が設定されると、ステップＳ１０へ進む。
【００２９】
ステップＳ１０では、設定された駆動率と制御周期から駆動時間が算出される。即ち、設定手段７１は、上述したステップＳ４〜Ｓ１０までの各ステップにより駆動率を設定し、駆動時間を算出している。以下、この駆動率に従って制御手段７２によりウォーターポンプの駆動が制御される。
【００３０】
ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ１０により駆動時間が設定されると、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、タイマーが制御周期を超えているかどうかが判断される。制御周期を超えている場合には（ＹＥＳ）、次の制御周期における駆動率を設定するための設定期間であるので、ステップＳ２の初期設定に戻る。制御周期内であれば（ＮＯ）、ステップＳ１２へ進む。
【００３１】
ステップＳ１２では、駆動時間中であるかどうかをタイマーが駆動時間内であるかどうかにより判断される。タイマーが駆動時間を超えている場合（ＮＯ）、即ち停止時間である場合には、ステップＳ１３へ進み、制御手段７２はウォーターポンプ３の非駆動信号をウォーターポンプ３へ送出し、ウォーターポンプ３は停止する。駆動時間内であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１４へ進み制御手段７２はウォーターポンプ３の駆動信号をウォーターポンプ３へ送出し、ウォーターポンプ３を駆動する。ステップＳ１３及びステップＳ１４後、ステップＳ１５へ進む。
【００３２】
ステップＳ１５では、制御周期中のフラグをオンにし、ステップＳ３に戻る。ステップＳ３に戻った場合には、制御周期中のフラグがオンであるので（ＹＥＳ）、ステップ１１へ進み、設定手段７１により設定された駆動率に応じて制御手段７２によりウォーターポンプ３が駆動し、またはウォーターポンプ３が停止されてまたステップＳ３に戻る。
【００３３】
即ち、本実施形態においては、エンジンが始動し（ステップＳ１）初期設定がなされると（ステップＳ２）、駆動率の設定期間であると判断され（ステップＳ３）、ウォーターポンプ３の駆動率が設定され、駆動時間が算出される（ステップＳ４〜ステップＳ１０）。そして、制御周期中であると判断され（ステップＳ１１）、さらに駆動時間内かどうかを判断される（ステップＳ１２）。そして、駆動時間内であればウォーターポンプ３を駆動し（ステップＳ１４）、停止時間中であればウォーターポンプ３を停止する（ステップＳ１３）。その後、制御周期中のフラグがオンになるので（ステップＳ１５）、ステップ３に戻ると、制御周期中であると判断されステップＳ１１に進む。そして、ステップＳ１２〜Ｓ１５、Ｓ３の工程を繰り返し、タイマーが制御周期を超え、制御周期が終了したと判断されると（ステップＳ１１）、ステップＳ２へ戻り、初期設定がなされ、次の制御周期の設定がステップＳ４〜ステップＳ１０でなされる。これをエンジン停止まで順次繰り返す。
【００３４】
以上のようにエンジンの冷却装置を制御することによって、本実施形態では図２に示すように間欠的にウォーターポンプ３を駆動させることができ、エンジンの状態（冷機状態、暖機状態）に合わせて冷却水を循環させることができ、この場合に冷却水の水温を徐々に調整できるので、内燃機関の過度の温度上昇を効果的に防止できる。
【００３５】
上述した実施形態では、エンジン１の負荷としてスロットル開度を検出し、この負荷と水温とのマップからステップＳ９で駆動率を決定したが、その他制御変数としてのエンジンの回転速度や車速等から駆動率、またキャビン用ヒータ６のオン−オフ信号から駆動率を決定してもよい。即ち、水温、エンジン負荷としてのエンジンの回転速度及びスロットル開度並びにヒータのオン−オフ信号から選ばれた少なくとも２つを組み合わせて駆動率を決定することができる。好ましくは、水温と、スロットル開度、エンジンの回転速度、キャビン用ヒータ６のオン−オフ信号及び車速から選ばれた少なくとも一つとから駆動率を決定することである。例えば、負荷としてのスロットル開度以外に、キャビン用ヒータ６のオン−オフ信号を制御変数として適用した場合について図５に示すマップで説明する。
【００３６】
図５に示すマップでは、図４に示すマップと比較して、駆動率は低温側で全体的に上がっている。即ち、図４に示す温度Ｔａ、負荷Ｄａでは、駆動率は０．１であったのに対し、図５では、温度Ｔａ、負荷Ｄａでは駆動率は約０．５である。このようにキャビン用ヒータ６のスイッチがオン状態である場合には、ウォーターポンプ３の駆動率を上げることで、循環路２において冷却水（温水）が循環して暖房性能を確保できる。特に、図４よりも低い水温域（温度Ｔａ以下）においてもポンプの駆動率が設定されているので、水温が低い場合であってもウォーターポンプ３を駆動してとりあえずは温水をキャビン用ヒータ６に流入させることが可能である。
【００３７】
また、水温、スロットル開度、エンジン１の回転速度、及び車速の全てを制御変数とした場合には、一例として図６のマップより駆動率を決定し、さらに車速で補正を加えて駆動率を決定しても良い。図６のマップによれば、縦軸が負荷（スロットル開度）、右横軸がエンジンの回転速度、左横軸が水温を示しており、これらスロットル開度、エンジンの回転速度、水温が高くなるほど、駆動率が高くなるように設定されている。このように、制御変数をより増やすことにより制御の精度が上がる。
【００３８】
本実施形態においてはステップＳ６により制御変数が所定値以下である場合のみ駆動率を決定するように構成したが、このステップＳ６を省略することも可能である。例えば、エンジン回転数を制御変数として採用した場合に、ステップＳ６を省略し、ステップＳ９においてエンジン回転数を取得してマップを参照するように構成することも可能である。
【００３９】
また、かかる構成により、本実施形態ではサーモスタットを用いずに冷却水の流量を制御することが可能である。即ち、従来では、各ウォーターポンプ自体は流量制御性を有しているにもかかわらず、ウォーターポンプは持続的に運転させ、サーモスタットでその流量を制御していたが、本実施形態では、ウォーターポンプの駆動率を設定することでサーモスタットを用いずに流量を制御することが可能である。このようにサーモスタットを用いないことで、部品点数を減らすだけでなく、サーモスタットを用いた場合の開弁応答遅れも発生しないため、エンジンの高温化も効率的に防止でき、ノッキングを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の内燃機関の冷却装置は、自動車製造産業分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】内燃機関の冷却装置の構成を示す図である。
【図２】ウォーターポンプの駆動を示す図である。
【図３】ＥＣＵによる制御の流れを説明するフローチャートである。
【図４】ステップＳ１０で用いられるマップを説明するための図である。
【図５】マップの別の形態を説明するための図である。
【図６】マップのさらに別の形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１     エンジン
２     循環路
３     ウォーターポンプ
４     ラジエーター
５     スロットルボディ
６     キャビン用ヒータ
１１   水温センサ
１２   スロットル開度センサ
７１   設定手段
７２   制御手段
【図２】
2010065608.tif 000003
【図３】
2010065608.tif 000004
【図４】
2010065608.tif 000005
【図５】
2010065608.tif 000006
【図６】
2010065608.tif 000007
【図１】
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