(57)【要約】【課題】一層の暖機促進を図りつつ内燃機関１各部の温度の偏りを抑制する。【解決手段】ラジエータ入口通路２およびラジエータ出口通路４を介して内燃機関１のウォータジャケットに接続されたラジエータ３と、ラジエータ出口通路４に配置された電動ウォータポンプ５と、ラジエータ入口通路２から電動ウォータポンプ５の吸入側に至るバイパス通路７と、ラジエータ出口通路４に配置された電子制御型流量制御弁８と、冷却水出口１ｂで冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４と、を備える。冷間始動後、冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１（例えば８０℃）未満であれば流量制御弁８を全閉に保ちつつ電動ウォータポンプ５を停止し、第１設定温度Ｔｗ１以上となったら、電動ウォータポンプ５を例えばＴ秒間だけ駆動する。Ｔ秒間ずつ断続運転することにより、無駄に熱を放出せずに、温度の偏りが抑制される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジエータ入口通路およびラジエータ出口通路を介して内燃機関のウォータジャケットに接続されたラジエータと、上記ラジエータ出口通路に配置された電動ウォータポンプと、上記ラジエータ入口通路から上記電動ウォータポンプの吸入側に至るバイパス通路と、上記ラジエータ出口通路もしくは上記ラジエータ入口通路に配置されて上記ラジエータへの冷却水の通流を制御する電子制御型流量制御弁と、上記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサと、を備えてなる内燃機関の冷却装置において、
冷間始動後、上記水温センサにより検出される冷却水温度が所定値未満であれば上記流量制御弁を全閉に保ちつつ上記電動ウォータポンプを停止し、所定値以上であれば、上記電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動することを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
電動ウォータポンプを所定時間駆動した後に冷却水温度が所定値以上であれば、上記流量制御弁の開度を徐々に増加させ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】
上記流量制御弁の開度が全開となったときにポンプ連続運転モードに移行し、電動ウォータポンプを連続運転することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
上記電動ウォータポンプの駆動に伴って冷却水が循環するヒータ回路を備え、かつヒータ要求がある場合には電動ウォータポンプを連続運転することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の水冷式冷却水装置、特に、機械的に駆動されるウォータポンプおよびサーモスタットに代えて、電動ウォータポンプおよび電子制御型流量制御弁を用いた冷却水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、内燃機関のウォータジャケットに冷却水を強制循環させるウォータポンプとして、回転数を任意に制御し得る電動ウォータポンプを用いるとともに、開度を任意に制御可能な電動サーモスタットによってラジエータ側に流れる流量を制御するようにした内燃機関の冷却装置が開示されている。
【０００３】
このものでは、ウォータジャケット内の冷却水温度が第１閾値に達するまでは電動ウォータポンプを停止しておき、第１閾値を越えたら、電動ウォータポンプの連続運転を開始する構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０３８４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、内燃機関の冷間始動後の暖機運転中に、冷却水温度が第１閾値を越えた段階で、電動ウォータポンプの連続運転が開始するので、内燃機関で発生した熱エネルギが不必要に多く外部に放出され、内燃機関の暖機性能の点で、なお改善の余地がある。また、この熱エネルギの無駄を少なくすべく上記第１閾値を高い温度に設定すると、ウォータジャケット内で冷却水が滞留したまま長時間運転されることになるので、内燃機関各部での温度の偏りが非常に大きくなり、好ましくない。つまり、より一層の暖機促進と温度の偏りの抑制とを両立させることが困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の冷却装置は、ラジエータ入口通路およびラジエータ出口通路を介して内燃機関のウォータジャケットに接続されたラジエータと、上記ラジエータ出口通路に配置された電動ウォータポンプと、上記ラジエータ入口通路から上記電動ウォータポンプの吸入側に至るバイパス通路と、上記ラジエータ出口通路もしくは上記ラジエータ入口通路に配置されて上記ラジエータへの冷却水の通流を制御する電子制御型流量制御弁と、上記ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサと、を備えている。
【０００７】
そして、冷間始動後、上記水温センサにより検出される冷却水温度が所定値未満であれば上記流量制御弁を全閉に保ちつつ上記電動ウォータポンプを停止し、所定値以上であれば、上記電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動するようになっている。
【０００８】
このように暖機運転中に電動ウォータポンプを所定時間ずつ断続的に駆動することにより、ウォータジャケット内の冷却水が適度に入れ替わり、内燃機関各部の温度の偏りは低減する。そして、連続運転する場合に比べて、外部へ放出される熱エネルギは少ない。
【０００９】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の冷却装置によれば、冷間始動後、冷却水温度が所定値以上となった段階で電動ウォータポンプを断続運転するので、内燃機関各部の温度の偏りを抑制しつつ良好な暖機性能を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、自動車用内燃機関１の冷却装置に適用した本発明の一実施例を示すもので、内燃機関１の内部にウォータジャケットが形成されており、内燃機関１の長手方向の一端部に冷却水入口１ａが、他端部に冷却水出口１ｂが、それぞれ設けられている。上記冷却水出口１ｂは、ラジエータ入口通路２を介してラジエータ３の上部に接続されている。上記冷却水入口１ａは、ラジエータ出口通路４を介してラジエータ３の下部に接続されている。そして、上記冷却水入口１ａの直前位置に、電動ウォータポンプ５が配置されている。これらによって、ラジエータ３を含む基本的な冷却水循環系が構成されており、内燃機関１のウォータジャケットで高温となった冷却水がラジエータ３で放熱して再び内燃機関１へと循環する形となっている。上記電動ウォータポンプ５は、適宜な形式のポンプを電動モータにより駆動するように構成したものであって、例えば、駆動パルス信号のＯＮデューティ比を可変制御することによって、その回転速度ひいてはポンプ吐出量を任意に制御できるようになっている。
【００１２】
また、上記ラジエータ入口通路２の途中から上記ラジエータ出口通路４の電動ウォータポンプ５よりも上流の合流部６へと至るバイパス通路７が設けられており、上記ラジエータ出口通路４の上記合流部６とラジエータ３との間に、ラジエータ３側の冷却水の通流を可変制御する電子制御型流量制御弁８が設けられている。この電子制御型流量制御弁８は、例えば、駆動パルス信号のＯＮデューティ比を可変制御することによって、その開度つまり流量を任意に制御できるようになっている。この流量制御弁８の開度を小さくすると、ラジエータ３側の流量が少なくなってバイパス通路７側の流量が増加し、逆に流量制御弁８の開度を大きくすると、バイパス通路７側の流量が減少してラジエータ３側に冷却水が多く流れるようになる。なお、この実施例では、ラジエータ出口通路４に介装した流量制御弁８によってラジエータ３側とバイパス通路７側の流量割合を制御しているが、前述した特許文献１における電動サーモスタットのように、２つの通路の開度を同時に変化させる構成のものを用いることもでき、さらには、ラジエータ入口通路２側に流量制御弁８を配置することも可能である。
【００１３】
さらに、ヒータコア９、ヒータ入口通路１０およびヒータ出口通路１１からなる車室暖房用のヒータ回路が設けられている。上記ヒータ入口通路１０は、ラジエータ入口通路２から分岐し、内燃機関１の冷却水出口１ｂから出た高温冷却水をヒータコア９へ導いている。またヒータ出口通路１１の先端は、電動ウォータポンプ５上流の合流部６に接続されており、ヒータコア９を通過した冷却水が電動ウォータポンプ５の吸入側に戻されるようになっている。
【００１４】
また、上記ラジエータ３に対し電動ファン１２が設けられている。この電動ファン１２と、上記の電動ウォータポンプ５および電子制御型流量制御弁８は、内燃機関１の種々の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３によって制御される。上記エンジンコントロールユニット１３には、内燃機関１の運転状態を示す種々のセンサの検出信号が入力されている。そして、上記内燃機関１のウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサ１４が例えばウォータジャケットの冷却水出口１ｂに配設されており、その検出信号が、各種センサの検出信号とともに、エンジンコントロールユニット１３に入力されている。なお、水温センサ１４の配置は、冷却水出口１ｂに限られず、冷却水入口１ａやウォータジャケットの適宜位置に配置してもよい。
【００１５】
次に、図２〜図４のフローチャートに基づいて、上記エンジンコントロールユニット１３による冷却装置の制御について説明する。
【００１６】
図２は主に暖機運転中のポンプ断続運転モードの処理を示すもので、内燃機関１の始動後、ステップ１で、ヒータ要求の有無、具体的には空調装置におけるヒータスイッチがＯＦＦであるか否かを判定する。ヒータ要求がある場合には、図３のポンプ連続運転モードへ進む。
【００１７】
ヒータ要求が無ければ、まずステップ２で、流量制御弁８（フローチャート中ではバルブと略記する）を全閉とし、かつステップ３で、冷却水温Ｔｗを第１設定温度Ｔｗ１（例えば８０℃）と比較する。冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１未満であれば、ステップ４へ進み、電動ウォータポンプ５を停止状態に維持する。これにより、冷却水がウォータジャケット内で滞留した状態のまま運転され、速やかに暖機が進行する。
【００１８】
その後、冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１に達したら、ステップ５へ進み、電動ウォータポンプ５を比較的短い所定時間（Ｔ秒：例えば１０秒）だけ駆動する。なお、このとき、流量制御弁８は全閉状態のままである。従って、電動ウォータポンプ５の短時間の駆動に伴い、冷却水はバイパス通路７を介した経路に沿って移動する。そして、Ｔ秒経過して電動ウォータポンプ５が停止した後、ステップ６で、再度冷却水温Ｔｗを第１設定温度Ｔｗ１と比較する。当初は、ウォータジャケット以外の各通路における冷却水が低温であるので、電動ウォータポンプ５の駆動に伴って、ウォータジャケットにおける冷却水温Ｔｗは低下する。そのため、ステップ４へ進んで、電動ウォータポンプ５を停止状態に維持する。
【００１９】
電動ウォータポンプ５の停止した状態で再び冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１に達したら、同様に、ステップ５で電動ウォータポンプ５の短時間（Ｔ秒間）の駆動を行い、かつステップ６で、第１設定温度Ｔｗ１未満に低下したか判定する。つまり、このようなルーチンの繰り返しにより、ウォータジャケット内の冷却水温Ｔｗを第１設定温度Ｔｗ１近傍に保ちつつ、電動ウォータポンプ５を断続的に運転することになる。これによって、内燃機関１各部の温度の極端な偏りが回避され、かつ内燃機関１の早期の暖機が図れる。
【００２０】
やがてバイパス通路７を介した経路における冷却水の全体的な温度が上昇してくるので、電動ウォータポンプ５をＴ秒間駆動した後でも冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１よりも下がらなくなる。Ｔ秒間駆動後のステップ６で冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１以上であったら、ステップ７へ進んで、流量制御弁８が全開（つまり駆動パルス信号のＯＮデューティが１００）であるか否か判定し、かつ全開でなければ、ステップ８で、流量制御弁８の開度を所定量だけ増大させる。これにより、ラジエータ３側に僅かずつ冷却水が流れ始める。従って、以後は、電動ウォータポンプ５をＴ秒間ずつ断続的に運転しつつ、流量制御弁８の開度を全開まで徐々に大きくしていくことになる。
【００２１】
この電動ウォータポンプ５の断続運転モードの下で流量制御弁８が全開に達したら、ステップ７からステップ９へ進み、冷却水温Ｔｗが第２設定温度Ｔｗ２未満であるか、具体的には、「Ｔｗ１＜Ｔｗ＜Ｔｗ２」であるか判定する。図５に示すように、第２設定温度Ｔｗ２は第１設定温度Ｔｗ１（例えば８０℃）および最終的な制御目標水温Ｔｗ３（例えば９０℃）よりも高い値であり、例えば１００℃に設定される。ステップ９で第２設定温度Ｔｗ２未満であれば、図３に示すポンプ連続運転モードへ移行する。また、万一、ステップ９で第２設定温度Ｔｗ２以上であった場合には、図４に示すオーバヒート防止モードへ移行する。
【００２２】
図３のポンプ連続運転モードは、基本的に内燃機関１の暖機が完了した段階で実行されるものであり、ステップ１１において、ポンプ運転条件を読み込む。具体的には、内燃機関１の回転数、負荷（例えば燃料噴射量など）、冷却水温Ｔｗ、車速、空調装置の室温要求、を読み込む。次にステップ１２で、冷却水温Ｔｗを第１設定温度Ｔｗ１と比較し、第１設定温度Ｔｗ１以上であれば、ステップ１３へ進んで、電動ウォータポンプ５を、運転条件に対応した回転速度でもって連続運転する。具体的には、図６に示すように、負荷と機関回転数とに対して予め記憶してあるポンプ制御デューティマップを用いて、負荷と機関回転数とに対応したポンプ駆動パルス信号のＯＮデューティを求め、かつこれを、車速、水温条件、室温要求によって補正するようにしている。なお、図６の例では、ポンプ駆動信号のデューティ比をａ，ｂ，ｃの３段階（回転速度としては、ａ＜ｂ＜ｃとなる）に変化させるようにしているが、より細かく制御することも可能である。つまり、低速低負荷側では冷却水循環量は少なく、高速高負荷側では冷却水循環量が大となる。そして、このような電動ウォータポンプ５の連続運転の下で、ステップ１４，１５において、冷却水温Ｔｗを、制御目標水温Ｔｗ３（例えば９０℃）および第２設定温度Ｔｗ２（例えば１００℃）と比較する。冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１（例えば８０℃）と制御目標水温Ｔｗ３との間であれば、ラジエータ３側の流量割合を低下させるために、ステップ１４からステップ１６へ進んで流量制御弁８の開度を徐々に小さくする。また冷却水温Ｔｗが制御目標水温Ｔｗ３よりも高く、かつ第２設定温度Ｔｗ２未満であれば、ラジエータ３側の流量割合を増加させるために、ステップ１５からステップ１７へ進み、流量制御弁８の開度を徐々に大きくする。また、万一、第２設定温度Ｔｗ２以上となった場合には、ステップ１５から図４に示すオーバヒート防止モードへ移行する。
【００２３】
さらに、ステップ１２で冷却水温Ｔｗが第１設定温度Ｔｗ１未満であった場合には、ステップ１８へ進んで流量制御弁８を全閉とし、ステップ１９で、電動ウォータポンプ５を比較的低い所定の流量で連続運転する。
【００２４】
従って、このようなポンプ連続運転モードによって、冷却水温Ｔｗは、制御目標水温Ｔｗ３近傍に維持される。
【００２５】
次に、図４は、冷却水温Ｔｗが第２設定温度Ｔｗ２（例えば１００℃）以上となった場合のオーバヒート防止モードを示している。このオーバヒート防止モードでは、内燃機関１の冷却を最大限に行う必要があるので、ステップ２１で流量制御弁８を全開とし、かつステップ２２で電動ウォータポンプ５の流量を最大とする。そして、ステップ２３で冷却水温Ｔｗを第１設定温度Ｔｗ１および第２設定温度Ｔｗ２と比較し、第２設定温度Ｔｗ２未満に低下するまで、このオーバヒート防止モードを継続する。ステップ２３で第２設定温度Ｔｗ２未満となったら、オーバヒート防止モードから前述のポンプ連続運転モードに復帰する。
【００２６】
なお、ラジエータ３に冷却風を供給する電動ファン１２の制御については詳述しないが、やはり検出した冷却水温Ｔｗなどに基づいて、ラジエータ３から放出される熱量を増減させるように適宜に制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る冷却装置の一実施例を示す構成説明図。
【図２】ポンプ断続運転モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図３】ポンプ連続運転モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図４】オーバヒート防止モードの制御の流れを示すフローチャート。
【図５】第１，第２設定温度Ｔｗ１，Ｔｗ２と制御目標水温Ｔｗ３との関係を示す特性図。
【図６】ポンプ制御デューティマップを示す特性図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…ラジエータ入口通路
３…ラジエータ
４…ラジエータ出口通路
５…電動ウォータポンプ
７…バイパス通路
８…電子制御型流量制御弁
１３…エンジンコントロールユニット
１４…水温センサ
【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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