(57)【要約】【課題】車両が高度の高い場所を走行する場合でも、冷却水が気化することを抑制することのできる内燃機関の冷却装置、及び内燃機関の冷却方法を提供する。【解決手段】大気圧センサ２７により大気圧を求め、更にこの大気圧に基づいて、車両が走行する位置の高度を求める。そして、高度に基づいて、冷却水の沸点を求め、この沸点よりも若干低くなるように、目標温度を設定する。この際、高度が高くなるほど、冷却水の目標温度が単調に低下するように該目標温度を設定する。そして、ヘッド冷却流路１３、及びブロック冷却流路１４に流れる冷却水の温度が目標温度となるように制御する。従って、冷却水が気化することを抑制でき、配管やエンジン内の部品が腐食するという問題の発生を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワートレインを有する車両に搭載されるエンジンのシリンダを冷却する内燃機関の冷却装置において、
冷却水が流れることにより前記シリンダを冷却する冷却流路と、
前記冷却水を循環させる循環ポンプと、
車両が走行する位置の高度を検出する高度検出手段と、
前記冷却流路を流れる冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記冷却流路を通過した冷却水の温度を制御する温度制御手段と、を備え、
前記温度制御手段は、前記高度検出手段で求められる高度が高くなるほど、前記冷却水の温度が低下するように冷却水の目標温度を設定し、前記冷却水の温度が前記目標温度となるように制御すること
を特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記温度制御手段は、
車両が走行する位置の高度が予め設定した所定高度以下では、前記目標温度を一定値とし、車両が走行する位置の高度が前記所定高度よりも高くなるほど、前記目標温度が低下するように設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却流路を通過した冷却水と、前記パワートレインで使用される潤滑オイルとの間で熱交換する熱交換器と、前記冷却流路を通過した冷却水を冷却するラジエータと、を更に備え、
前記温度制御手段は、
前記冷却流路の下流に設けられて前記冷却水を、前記熱交換器、及び車両に搭載されるラジエータの少なくとも一方に供給する切替弁と、前記切替弁を制御する切替弁制御部と、を含み、
前記切替弁制御部による前記切替弁の切替操作によって、前記冷却水の温度を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記高度検出手段は、エンジンのシリンダ内に供給する空気の圧力を測定する大気圧検出部の検出信号に基づいて高度を求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
パワートレインを有する車両に搭載されるシリンダを冷却する内燃機関の冷却方法において、
循環ポンプにより供給される冷却水を、シリンダに設けられた冷却流路に流すことにより、シリンダを冷却する工程と、
車両が走行する位置の高度を求める工程と、
前記高度に基づいて冷却水の沸点を求め、この沸点よりも低く且つ高度が高くなるほど単調に低下する目標温度を設定する工程と、
前記冷却流路に流れる冷却水の温度が前記目標温度となるように制御する工程と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却方法。
【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及び内燃機関の冷却方法に係り、特に、高度の高い高地を走行する際に、冷却水が低温で気化することを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダを冷却する冷却装置として、例えば、特開平６−２５７４３０号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、エンジンのシリンダヘッド、及びシリンダブロックに冷却流路を設け、エンジンの始動時には、該冷却流路に冷却水を流すことにより、シリンダヘッド、及びシリンダブロックが所望の温度となるように制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５７４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、車両が走行する位置の高度について考慮されていない。即ち、車両が高地（標高の高い場所）を走行する場合には、車両の走行位置の気圧が低下し、これに伴って冷却水の沸点が低下する。このため、冷却水が１００℃に達しない温度で気化（沸騰）してしまい、このような場合には、気化に伴って生じる気泡により、配管やエンジン内の各部品に腐食が発生するという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、車両が高度の高い場所を走行する場合でも、冷却水が気化することを抑制することのできる内燃機関の冷却装置、及び内燃機関の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明は、高度検出手段により、車両が走行する位置の高度を求める。そして、この高度に基づいて冷却水の沸点を求め、更に、沸点よりも低くなるように冷却水の目標温度を設定する。この際、高度が高くなるほど、冷却水の目標温度が単調に低下するように該目標温度を設定し、温度制御手段は、冷却流路に流れる冷却水の温度が目標温度となるように制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の冷却装置及び内燃機関の冷却方法では、車両が走行する位置の高度を求め、この高度に応じて冷却水の沸点を求める。更に、求めた沸点に応じて、高度が高くなるほど単調に低下する目標温度を設定し、この目標温度となるように、冷却水の温度を制御する。従って、冷却水が気化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置が搭載されたパワートレインの構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置の、処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置の、各信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態で採用する、車両が走行する位置の高度と、沸点及び目標温度との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置が搭載されたパワートレインの、Ｔ／Ｍオイル加温時の冷却水の流れを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置が搭載されたパワートレインの、ヘッド冷却水温度を低下させる際の冷却水の流れを示す説明図である。
【図７】本発明の変形例で採用する、車両が走行する位置の高度と、沸点及び目標温度との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、内燃機関としてシリンダブロックとシリンダヘッドを備えるエンジンを例に挙げて説明する。
【００１０】
［実施形態の説明］
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置を含むパワートレインの構成を示す説明図である。図１に示すパワートレイン（エンジン、動力伝達機構の総称）は、シリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２、及びＣＶＴ２２（Continuously Variable Transmission）を備えている。
【００１１】
また、パワートレインは、シリンダヘッド１１を冷却するための冷却水を流すヘッド冷却流路１３及びシリンダブロック１２を冷却するための冷却水を流すブロック冷却流路１４と、各冷却流路１３，１４に冷却水を循環させるための循環ポンプ２３と、を備える。更に、ヘッド冷却流路１３の出口端部に設けられるヘッド側四方弁１７（切替弁）と、ブロック冷却流路１４の出口端部に設けられるブロック側四方弁１８（切替弁）と、冷却水とエンジンオイルとの間で熱交換する第１熱交換器２０と、冷却水とＴ／Ｍオイル（トランスミッションオイル；パワートレインで使用される潤滑オイル）との間で熱交換する第２熱交換器２１と、ラジエータ１９、及び冷却装置全体を総括的に制御するコントローラ１０を備えている。
【００１２】
循環ポンプ２３は、例えば電動モータで駆動するポンプであり、該循環ポンプ２３の出力部に接続された流路（例えば、配管）は、２系統の流路に分岐され、このうち一方の流路は、シリンダヘッド１１を冷却するためのヘッド冷却流路１３（冷却流路）とされている。また、他方の流路は、シリンダブロック１２を冷却するためのブロック冷却流路１４（冷却流路）とされている。
【００１３】
ヘッド側四方弁１７は、コントローラ１０より出力される制御信号Ｓｈにより、ヘッド冷却流路１３に流れる冷却水を、ブロック側四方弁１８側、或いはラジエータ１９側の少なくとも一つに切り替えるように作動する。即ち、ヘッド側四方弁１７の一つ目の分岐路は、流路Ｌ１を介してブロック側四方弁１８に接続され、二つ目の分岐路は、流路Ｌ２を介してラジエータ１９に接続されており、制御信号Ｓｈにより出力側の流路が切り替えられる。
【００１４】
また、ブロック側四方弁１８は、コントローラ１０より出力される制御信号Ｓｂにより、ブロック冷却流路１４に流れる冷却水を、ヘッド側四方弁１７側、或いは熱交換器（第１熱交換器２０、第２熱交換器２１）側に切り替えるように作動する。即ち、ブロック側四方弁１８の一つ目の分岐路は、流路Ｌ１を介してヘッド側四方弁１７に接続され、二つ目の流路Ｌ３は、更に２系統に分岐して第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１に接続されており、制御信号Ｓｂにより出力側の流路が切り替えられる。
【００１５】
第１熱交換器２０は、低温側（熱を吸収する側）にエンジンオイルが供給され、高温側（熱を放出する側）にシリンダを通過した冷却水（流路Ｌ３を経由した冷却水）が供給される。また、第２熱交換器２１は、低温側にＴ／Ｍオイルが供給され、高温側にシリンダを通過した冷却水（流路Ｌ３を経由した冷却水）が供給される。従って、シリンダを通過した冷却水（温度が上昇した冷却水）からエンジンオイル、或いはＴ／Ｍオイルに熱が伝達されて、各オイルの温度を上昇させる。第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１の出口側となる冷却水配管は、循環ポンプ２３の入り口側に接続される。
【００１６】
ラジエータ１９は、流路Ｌ２の下流に設けられ、該流路Ｌ２を経由して供給される冷却水（温度が上昇した冷却水）を冷却する。該ラジエータ１９の出口側となる冷却水配管は、循環ポンプ２３の入口側に接続される。
【００１７】
また、ヘッド冷却流路１３の出口付近には、該ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水の温度を測定或いは推定するヘッド温度検出部１５（温度検出手段）が設けられている。更に、ブロック冷却流路１４の出口付近には、該ブロック冷却流路１４を流れる冷却水の温度を測定或いは推定するブロック温度検出部１６（温度検出手段）が設けられている。また、第２熱交換器２１の近傍には、Ｔ／Ｍオイルの温度を測定或いは推定するオイル温度検出部２６が設けられている。そして、ヘッド温度検出部１５で検出されたヘッド冷却水温度Ｔｈ、ブロック温度検出部１６で検出されたブロック冷却水温度Ｔｂ、及びオイル温度検出部２６で検出されたオイル温度Ｔｅの各データは、コントローラ１０に出力される。ここで、「測定或いは推定」とは、センサ等により直接温度を測定ことや、流量等の各種の要因に基づいて間接的に求めることを含む。
【００１８】
コントローラ１０は、ヘッド温度検出部１５で求められる冷却水温度Ｔｈ、及びブロック温度検出部１６で求められる冷却水温度Ｔｂのデータを取得する。また、車両に搭載される大気圧センサ２７（エンジンのシリンダ内に供給する空気の圧力を測定するために設けられているセンサ；大気圧検出部）の検出信号（これを、大気圧データＰ１とする）に基づいて、車両が走行する位置の高度を検出する。即ち、高度が高くなるほど大気圧は低下し、これらの間には関連性があるので、大気圧データＰ１を取得することにより、車両が現在走行している位置の高度を検出することができる。即ち、コントローラ１０は、車両が走行する位置の高度（標高）を求める高度検出手段としての機能を備える。
【００１９】
そして、上記の冷却水温度Ｔｈ，Ｔｂ、及び高度のデータに基づいて、冷却水の温度を調整する制御を行う。具体的には、後述する図４に示すように、車両が走行する位置の高度が高くなるほど、冷却水の目標温度が低下するように設定し、更に、冷却水の温度がこの目標温度となるように、ブロック側四方弁１８、及びヘッド側四方弁１７を制御する。即ち、コントローラ１０は、高度検出手段で求められる高度が高くなるほど、冷却水の目標温度が単調に低下するように設定し、冷却水の温度がこの目標温度となるように制御する温度制御手段としての機能を備えている。また、コントローラ１０は、ヘッド側四方弁１７及びブロック側四方弁１８を切替操作する切替弁制御部としての機能を備えている。ここで、「単調に低下する」とは、低下及び現状維持を含む概念である。
【００２０】
なお、コントローラ１０は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。
【００２１】
次に、上述のように構成された本実施形態に係る内燃機関の冷却装置の作用について、図２に示すフローチャート、及び図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示す曲線ｑ１は、時刻ｔ０でエンジンを始動させた場合の、シリンダヘッド１１の壁温の変化を示し、図３（ｂ）に示す曲線ｑ２は、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水温度の変化を示し、図３（ｃ）の曲線ｑ３は、Ｔ／Ｍオイルの温度変化を示している。
【００２３】
初めに、図２に示すステップＳ１１において、車両のエンジンを始動させる（図３の時刻ｔ０）。次いで、ステップＳ１２において、コントローラ１０は、循環ポンプ２３を作動させて、ヘッド冷却流路１３及びブロック冷却流路１４に冷却水を供給する。この際、図５に示すように、ヘッド側四方弁１７は流路Ｌ１側が開放され、ブロック側四方弁１８は流路Ｌ１、Ｌ３側が開放される。従って、ヘッド冷却流路１３を通過した冷却水は、流路Ｌ１を経由して流路Ｌ３に導入される。一方、ブロック冷却流路１４を通過した冷却水についても同様に、流路Ｌ３に導入される。このため、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を通過して温度が上昇した冷却水は、第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１に供給されることになる。
【００２４】
従って、冷却水がシリンダヘッド１１、及びシリンダブロック１２を通過することにより該冷却水の温度が上昇し（図３のｑ２参照）、更に、温度が上昇した冷却水が第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１を通過するので、第１熱交換器２０に供給されるエンジンオイル、及び第２熱交換器２１に供給されるＴ／Ｍオイルの温度が上昇する（図３のｑ３参照）。
【００２５】
ステップＳ１３において、コントローラ１０は、大気圧センサ２７より出力される大気圧データＰ１に基づいて、車両が現在走行している位置の高度を求める。即ち、前述したように、大気圧と高度は関連性を有しているので、この関連性に基づいて高度を求める。
【００２６】
ステップＳ１４において、コントローラ１０は、車両が走行している位置の高度に基づきこの高度に対応する冷却水の沸点を求め、更に、この沸点に基づいて目標水温を設定する。即ち、高度と冷却水の沸点との間には関連性があるので、この関連性を用いて冷却水の沸点を求める。更に、この沸点よりも若干低くなるように冷却水の目標温度を設定する。従って、図４に示すように、高度と目標水温との関係が設定される。
【００２７】
そして、コントローラ１０は、冷却水の温度が上記の処理で求めた目標温度となるように、ヘッド側四方弁１７、及びブロック側四方弁１８を制御する。即ち、ヘッド温度検出部１５で検出される温度Ｔｈ、及びブロック温度検出部１６で検出される温度Ｔｂに基づいて、この温度が目標温度となるように、各四方弁１７，１８を制御する。
【００２８】
具体的には、冷却水の温度が目標温度に接近した場合に、各四方弁１７，１８を制御してラジエータ１９を通過する冷却水量を増加させることにより、これ以上の温度上昇を抑制して冷却水の温度が目標温度を超えないように制御する。その結果、図３（ｂ）の曲線ｑ２に示すように、時刻ｔ０から冷却水温度が徐々に上昇し、沸点Ｔｆよりも若干低い温度（上述した目標温度）となるように制御される。
【００２９】
ステップＳ１５において、コントローラ１０は、Ｔ／Ｍオイルの温度Ｔｅが予め設定した暖機判定温度Ｔthに達したか否かを判断する。そして、到達した場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、オイルのフリクションによる燃料消費率の向上が達成できたものと判断し、ステップＳ１６において、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水の温度を低下させる。具体的には、ヘッド側四方弁１７を、流路Ｌ２側に切り替えることにより、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水がラジエータ１９に供給されるように切り替える。即ち、図６に示すように、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水が、流路Ｌ２を経由してラジエータ１９に供給されるようにする。
【００３０】
また、ブロック側四方弁１８を、流路Ｌ３側に切り替えることにより、ブロック冷却流路１４を流れる冷却水が第１熱交換器２０、及び第２熱交換器２１に供給されるように切り替える。こうすることにより、ブロック冷却流路１４を流れる冷却水の温度は現在の状態を維持し、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水の温度は低下する。
【００３１】
即ち、図３（ｃ）の曲線ｑ３に示すように、時刻ｔ１にてＴ／Ｍオイルの温度Ｔｅが暖機判定温度Ｔthに達した場合には、図３（ｂ）の曲線ｑ２に示すようにヘッド冷却流路１３を流れる冷却水の温度が低下し、これに伴って、図３（ａ）の曲線ｑ１に示すように、シリンダヘッド１１の壁温が低下する。その結果、シリンダヘッド１１の温度を低下させることができる。このため、ノッキングの発生を防止でき、ノッキングによる燃料消費率の悪化を抑制できる。
【００３２】
このようにして、本実施形態に係る内燃機関の冷却装置では、車両に搭載される大気圧センサ２７により、車両が走行する位置の大気圧データＰ１を検出し、更にこの大気圧データＰ１に基づいて、車両が走行する位置の高度を求める。そして、求めた高度に基づいて、冷却水の沸点を求め、この沸点よりも若干低い温度に目標温度を設定し、この目標温度となるように冷却水の温度を制御している。
【００３３】
従って、ヘッド冷却流路１３、及びブロック冷却流路１４を流れる冷却水が沸点を超えて気化するという問題を解消することができ、冷却水が気化（沸騰）し、これに伴って生じる気泡により、配管やエンジン内の各部品に腐食が発生するという従来の問題を解決することができる。
【００３４】
また、Ｔ／Ｍオイルの温度Ｔｅが暖機判定温度Ｔthに達した場合には、ヘッド冷却流路１３を流れる冷却水の温度を低下させるので（図３の時刻ｔ１）、フリクションの低下による燃料消費率の悪化を抑制し、且つ、ノッキングが発生することに伴う燃料消費率の悪化を抑制できる。燃料消費率の向上を図ることができる。
【００３５】
更に、ヘッド側四方弁１７及びブロック側四方弁１８を備え、これらの四方弁１７，１８を操作することにより、冷却水を第１熱交換器２０及び第２熱交換器２１側、或いはラジエータ１９側に切り替えて冷却水の温度を制御するので、簡単な操作で冷却水温度を制御することが可能となる。
【００３６】
また、エンジンのシリンダ内に供給する空気の圧力を測定するために設けられている大気圧センサ２７で検出される大気圧データＰ１に基づいて高度を求めるので、車両が走行する位置の高度を容易、且つ高精度に求めることができ、冷却水の目標温度を高精度に設定することが可能となる。これにより、冷却水が気化することを抑制することができる。
【００３７】
［変形例の説明］
次に、本発明に係る内燃機関の冷却装置の変形例について説明する。前述した実施形態では、図４に示したように、車両走行位置の高度と、冷却水温度との関係を直線的に変化するように設定したが、変形例では、図７に示すように、所定高度以下では、目標温度を変化させず（即ち、目標温度を一定値とし）、予め設定した所定高度ｈ（例えば、標高１６００ｍ）を超えた場合には、直線的に目標温度を低下させる。
【００３８】
即ち、道路の大多数が存在する高度の低い位置（所定高度ｈ以下）では、僅かな高度の変化に応じて頻繁に冷却水温度を変化させると、燃料消費率が悪化する可能性が高まるので、所定高度ｈを超えた場合に目標温度を低下させることにより、燃料消費率を向上させることができるという利点がある。
【００３９】
また、高度別の居住人口の比率に基づいて所定高度ｈを変更するようにしても良い。この場合には、走行頻度の高い高度付近では、頻繁に目標温度が変化しないので、燃料消費率の悪化を回避することができる。
【００４０】
以上、本発明の内燃機関の冷却装置及び内燃機関の冷却方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００４１】
例えば、上述した実施形態では、ヘッド冷却流路１３、及びブロック冷却流路１４の２系統の冷却流路を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリンダ内に一つの冷却流路を設け、該冷却流路に冷却水を流すことにより、シリンダヘッド、及びシリンダブロックの双方を冷却する構成とすることもできる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、大気圧センサ２７により求められる大気圧に基づいて、車両走行位置の高度を算出する例について説明したが、例えば、ＧＰＳの機能等を用いて、車両が現在走行している位置を求め、これに基づいて高度を算出するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、車両が高地を走行する際に冷却水が低温で気化することを抑制することに利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  コントローラ（高度検出手段、温度制御手段）
１１  シリンダヘッド
１２  シリンダブロック
１３  ヘッド冷却流路（冷却流路）
１４  ブロック冷却流路（冷却流路）
１５  ヘッド温度検出部
１６  ブロック温度検出部
１７  ヘッド側四方弁（切替弁）
１８  ブロック側四方弁（切替弁）
１９  ラジエータ
２０  第１熱交換器（熱交換器）
２１  第２熱交換器（熱交換器）
２３  循環ポンプ
２６  オイル温度検出部
２７  大気圧センサ（大気圧検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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