(57)【要約】【課題】内燃機関内を流通する冷却水の急激な温度低下を防止した内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】暖機制御手段５０は、蓄熱タンク用ポンプ３８および三方切替弁３０を制御して、蓄熱タンク３６に貯留されている高温の冷却水をエンジン１０に供給して暖機するとともに、ヒータコア４４からエンジン１０に戻される冷却水が、蓄熱タンク３６から流出される冷却水の温度以下の場合、三方切替弁３０を制御し、ヒータコア４４とエンジン１０を循環する冷却水の流量を、所定流量以下に調整する。【選択図】　　　　図１
2004011623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式の内燃機関と、
前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、
冷却水から熱を収集する集熱手段と、
冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、
前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、
を有し、
前記暖機制御手段は、前記集熱手段内の冷却水が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定微少流量に調整する、内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記所定温度は、前記暖機用冷却水の水温である、内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記所定微少流量は、前記集熱用冷却水と前記暖機用冷却水の合流後の冷却水の水温を、合流前の前記暖機用冷却水の水温から実質的に低下させない流量である、内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記集熱手段内の冷却水の水温を検知する水温センサをさらに有し、
前記暖機制御手段は、前記水温センサの検知結果に基づき前記集熱手段内の冷却水の水温を計測する、内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
請求項１から３いずれか１項記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記暖機制御手段は、前記集熱手段内の冷却水の水温を、前記集熱用冷却水の流量および循環時間に応じて予め得られる実験結果に基づいて決定する、内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、特に水冷式の冷却装置において早期暖機が可能な内燃機関の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の内燃機関において、機関始動時における早期暖機は燃費性能や排気エミッションの向上を図る上で非常に重要である。水冷式内燃機関の早期暖機に関しては、例えば特開２００１−１４０６４４号公報に記載されているように、蓄熱タンクを利用した暖機手法が提案されている。この公報に開示されている内燃機関は、機関運転中に冷却水回路を流れる高温の冷却水を蓄熱タンクに貯留することにより蓄熱しておき、この蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を次回の機関始動時に冷却水回路を介して内燃機関に供給することにより、内燃機関の早期暖機を図っている。
【０００３】
また、上記公報記載の内燃機関は、冷却水を利用した車室内の暖房も行っている。つまり、冷却水回路に設けられたヒータコアが、内燃機関より流出される高温の冷却水から熱を集め、この熱を利用して車室内に暖気を送風している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内燃機関の冷却装置は、暖機終了後の内燃機関の運転開始直後に、車室内の暖房、つまりヒータコアに冷却水を循環させてしまうと、ヒータコア内の比較的低温度の冷却水が内燃機関に戻され、暖機により温められた冷却水の温度を急激に低下させてしまう。
【０００５】
冷却水の急激な温度低下は、例えば、冷却水の温度に基づいて内燃機関の暖機温度を推定し、空燃比が所定値になるように燃料噴射量を制御する場合、冷却水温の急激な低下のため燃料噴射量制御に悪影響を及ぼし、結果として空燃比が乱れる等の問題が発生する。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、内燃機関内を流通する冷却水の急激な温度低下を防止した内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置は、水冷式の内燃機関と、前記内燃機関により加熱された高温の冷却水を貯留する蓄熱タンクと、冷却水から熱を収集する集熱手段と、冷却水を、前記内燃機関と前記蓄熱タンクの間を循環する暖機用冷却水、および、前記内燃機関と前記集熱手段の間を循環する集熱用冷却水に分流するとともに、前記暖機用冷却水および前記集熱用冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁を制御し、前記蓄熱タンクに貯留されている高温の冷却水を前記内燃機関に供給して暖機する暖機制御手段と、を有し、前記暖機制御手段は、前記集熱手段内の冷却水が所定温度以下の場合、前記流量調整弁を制御し、前記集熱用冷却水の流量を所定微少流量に調整するものとする。
【０００８】
上記構成によれば、集熱手段内の低温の冷却水が内燃機関に大量に流入し、内燃機関内を流通する冷却水の温度を急激に低下させることを防止するとともに、集熱手段内の低温の冷却水を徐々に温めることができる。これにより、例えば、内燃機関内に流通する冷却水の水温に基づいて燃料噴射制御等を行う装置において、水温の急激な低下による噴射量制御等の乱れを抑制できる。
【０００９】
望ましくは、前記所定温度は、前記暖機用冷却水の水温とする。
【００１０】
望ましくは、前記所定微少流量は、前記集熱用冷却水と前記暖機用冷却水の合流後の冷却水の水温を、合流前の前記暖機用冷却水の水温から実質的に低下させない流量とする。
【００１１】
望ましくは、前記集熱手段内の冷却水の水温を検知する水温センサをさらに有し、前記暖機制御手段は、前記水温センサの検知結果に基づき前記集熱手段内の冷却水の水温を計測するものとする。
【００１２】
望ましくは、前記暖機制御手段は、前記集熱手段内の冷却水の水温を、前記集熱用冷却水の流量および循環時間に応じて予め得られる実験結果に基づいて決定するものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、車両に搭載される水冷式エンジンの冷却装置の全体構成を示す構成図である。内燃機関であるエンジン１０はその内部に冷却水通路１２を有し、この冷却水通路１２に冷却水が流れることによって、エンジン１０が冷却される。冷却水通路１２の上流側には、このエンジン１０のクランクシャフト（図示せず）によって駆動されるエンジン用ポンプ１４が接続されており、冷却水はこのエンジン用ポンプ１４によって冷却水通路１２に圧送される。
【００１５】
エンジン１０の冷却水通路１２の下流側には冷却水通路１６が接続されており、サーモスタットバルブ１８、冷却水通路２０を介して、エンジン用ポンプ１４の吸込側に冷却水が流れるように構成されている。また、サーモスタットバルブ１８は冷却水通路２２を介してラジエータ２４の水入口に接続されており、ラジエータ２４の水出口は冷却水通路２６を介してエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。なお、冷却水通路２０と冷却水通路２６は合流後にエンジン用ポンプ１４の吸込側に接続されている。
【００１６】
サーモスタットバルブ１８は、冷却水の温度に応じて冷却水の流路を切り替えるバルブであり、このサーモスタットバルブ１８を流れる冷却水の温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水通路２０側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２２を接続し、冷却水温度が前記所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水通路２２側を閉塞して冷却水通路１６と冷却水通路２０を接続する。
【００１７】
したがって、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓよりも高い場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２２→ラジエータ２４→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環し、エンジン１０において加熱された冷却水はラジエータ２４を通過する際に冷却される。
【００１８】
一方、エンジン１０の運転中、冷却水温度が所定温度Ｔｓ以下の場合、冷却水は、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路１６→サーモスタットバルブ１８→冷却水通路２０→エンジン用ポンプ１４の閉回路を循環する。
【００１９】
また、エンジン１０の冷却水通路１２は、前述した回路とは別の回路にも接続されている。即ち、冷却水通路１２の下流側は、冷却水通路２８、流量調整弁である三方切替弁３０、冷却水通路３２、水温センサ３４、蓄熱タンク３６、蓄熱タンク用ポンプ３８、冷却水通路４０、冷却水通路２６を介して、エンジン用ポンプ１４に接続されている。これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する暖機用冷却水が流れる閉回路が形成される。
【００２０】
この閉回路は、エンジン１０で加熱された高温の冷却水を蓄熱タンク３６に導入し貯留する場合、あるいは、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留された高温の冷却水でエンジン１０を暖機するときに使用される回路である。蓄熱タンク用ポンプ３８は電動モータ（図示せず）によって駆動されるポンプであり、したがって、エンジン１０のクランキング前であっても運転可能である。これに対して、エンジン用ポンプ１４は前述したようにエンジン１０のクランクシャフトにより駆動されるポンプであるので、クランキング前は運転不能である。また、三方切替弁３０は冷却水通路４２にも接続されており、この冷却水通路４２には車室内暖房用のヒータコア４４が、ヒータ用ポンプ４６を介して接続されている。つまり、ヒータコア４４はエンジン１０で加熱された冷却水から熱を集める集熱手段として機能している。
【００２１】
これにより、エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータコア４４→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４と循環する集熱用冷却水が流れる閉回路が形成される。また、ヒータコア４４には水温センサ５２が設けられている。
【００２２】
三方切替弁３０は、冷却水通路２８を冷却水通路３２と冷却水通路４２のいずれか一方に選択的に接続するバルブであり、ＥＣＵ４８内の暖機制御手段５０が三方切替弁３０の動作を制御し、冷却水の流路を切り替える。
【００２３】
図示しない空調装置のモード選択スイッチが「暖房モード」にされると、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路４２とを接続するように三方切替弁３０を制御し、さらにヒータ用ポンプ４６を駆動する。これにより、前述した冷却水のフローに加えて、エンジンの冷却水通路１２から流れ出た冷却水の一部が、冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路４２→ヒータ用ポンプ４６→ヒータコア４４→冷却水通路４０と流れて冷却水通路２６に合流するようになり、ヒータコア４４がエンジンで加熱された高温の冷却水から熱を奪い、この熱を車室内の暖気に利用する。
【００２４】
次に、蓄熱タンク３６に高温の冷却水を貯留し蓄熱する場合と、エンジン１０の始動時に蓄熱タンク３６に貯留されている高温の冷却水でエンジン１０を暖機する動作について説明する。
【００２５】
蓄熱は、この実施の形態においては、エンジン１０の停止直後に行われる。即ち、エンジンの停止信号（例えば、イグニッションスイッチのＯＦＦ信号）により、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を運転する。これにより、冷却水は、エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４→蓄熱タンク３６→蓄熱タンク用ポンプ３８→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４を経て冷却水通路１２に戻る閉回路を流れることになる。ただし、この場合、エンジン１０の停止後であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。つまり、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱用ポンプ３８により流動される。
【００２６】
次に、始動時における暖機について説明する。エンジン１０の始動時には、エンジンの運転始動前すなわちクランキング前に、暖機制御手段５０は、冷却水通路２８と冷却水通路３２とを接続するように三方切替弁３０を制御するとともに、蓄熱用ポンプ３８を駆動する。これにより、冷却水は、蓄熱タンク３６→冷却水通路４０→冷却水通路２６→エンジン用ポンプ１４→エンジンの冷却水通路１２→冷却水通路２８→三方切替弁３０→冷却水通路３２→水温センサ３４を経て蓄熱タンク３６に戻る閉回路を流れることになる。また、エンジン１０はクランキング前であるので、エンジン用ポンプ１４は運転されていない。したがって、エンジンの冷却水通路１２に流れる冷却水は、蓄熱タンク用ポンプ３８により流動される。この暖機の際には、冷却水がヒータコア４４に循環しないことが望ましい。つまり、ヒータコア４４の集熱による冷却水温の低下を避けることで暖機が効率よく行われる。
【００２７】
前述したように暖機はエンジン１０の始動前に行い、暖機によりエンジン１０が所望の温度に達してからエンジン１０を始動することが望ましい。しかしながら、暖機が十分に行われたとしても、ヒータコア４４の内部に存在する冷却水は低温のままである。つまり、エンジン１０が所望の温度に達し、エンジン１０と蓄熱タンク３６の間を循環する暖機用冷却水の水温が高温であるにも拘らず、ヒータコア４４内部の冷却水の水温は低温のままである。この状態でヒータコア４４内の冷却水を暖機用冷却水に注入してしまうと、注入後の冷却水、つまり、エンジン１０へ流入する冷却水の温度が急激に低下してしまい、エンジン冷却水の温度に基づくエンジンの諸制御に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００２８】
これを回避するため、暖機制御手段５０は三方切替弁３０を制御して、ヒータコア４４内部の冷却水の温度を徐々に上昇させてから、ヒータコア４４への冷却水の循環を全開させればよい。
【００２９】
図２は、暖機制御手段５０による三方切替弁３０の制御を示すフローチャートである。なお、以下の図２の説明において、図１に記載した要素と同じ要素には図１における符号を付してある。
【００３０】
エンジン１０の始動指示、例えば運転手によりエンジンスタートキーが入力されると、ステップ１において、エンジン１０の暖機が実行される。ステップ１で暖機が十分に実行された後、ステップ２においてエンジン１０を始動する。
【００３１】
エンジン１０の始動後、ステップ３において、エンジン１０とヒータコア４４の間を循環する集熱用冷却水の流量が所定流量より小さくなるように、三方切替弁３０を制御する。所定流量としては、ヒータコア４４内部の低温の冷却水が、エンジン１０と蓄熱タンク３６の間を循環する高温の暖機用冷却水に合流した際、合流後エンジン１０に戻る冷却水の温度低下が、エンジン１０の制御に悪影響を及ぼさない程度になるような理論的計算値として、あるいは、実験で求められた値等として設定する。
【００３２】
次にステップ４において、ヒータコア４４内の冷却水の水温と暖機用冷却水の水温とを比較する。両者が実質的に等しい場合、ヒータコア４４内の冷却水の温度が所定温度まで上昇したと判断し、集熱用冷却水の流量制限を解除し、車室内暖気の必要に応じて集熱用冷却水を全開とする。両者が実質的に等しくない場合、ヒータコア４４内の冷却水の温度が所定温度まで上昇していないと判断し、ステップ３に戻り、集熱用冷却水の流量を所定流量より小さく設定したままとする。
【００３３】
なお、ヒータコア４４内の冷却水の温度は、ヒータコア用の水温センサ５２から得られる計測値、あるいは、集熱用冷却水の流量や循環時間に基づいて理論的に算出してもよく、あるいは、集熱用冷却水の流量や循環時間に応じた実験を行い実験結果からの推測値を用いてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、内燃機関内を流通する冷却水の急激な温度低下を防止した内燃機関の冷却装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の冷却装置の全体構成図である。
【図２】暖気制御手段の制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　エンジン、３０　三方切替弁、３４　水温センサ、３６　蓄熱タンク、３８　蓄熱タンク用ポンプ、５０　暖機制御手段、５２　水温センサ。
【図１】
2004011623.tif 000003
【図２】
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