(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却するための冷却水が流れる冷却流路と、
前記冷却流路の出口側に設けられ、該冷却流路を、冷却水冷却用の熱交換器が配置された熱交換流路、及び前記熱交換器が配置されないバイパス流路、の少なくとも一方に分岐させる切替部と、
前記熱交換流路、及びバイパス流路を通過した冷却水を前記冷却流路に送り出す循環ポンプと、
前記内燃機関から出力されて前記熱交換器に供給される冷却水の温度である入口温度を検出する入口温度検出部と、
前記熱交換器から出力される冷却水の温度である出口温度を検出する出口温度検出部と、
前記切替部における、前記熱交換流路及びバイパス流路への冷却水流量の分配を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記入口温度と、前記内燃機関出口の目標温度との差分から温度偏差を求め、且つ、前記入口温度と出口温度との差分を演算して差分温度を求め、
前記温度偏差、及び差分温度に基づいて、前記切替部の開口率を求めること
を特徴とする内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記温度偏差と、前記差分温度、及び前記切替部における前記熱交換流路への冷却水の流量を決定するための開口率、の対応を示す開口率算出マップを記憶するマップ記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記温度偏差、及び前記差分温度を前記開口率算出マップに当てはめて、前記切替部の開口率を求めること
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】
内燃機関を駆動する際に、該内燃機関を冷却するための冷却流路に冷却水を流す工程と、
前記内燃機関から出力されて熱交換器に供給される冷却水の温度である入口温度を検出し、検出した入口温度と前記内燃機関出口の目標温度との差分である温度偏差を求める工程と、
前記熱交換器から出力される冷却水の温度である出口温度を検出し、検出した出口温度と前記入口温度との差分温度を求める工程と、
前記冷却流路の出口側に設けられ、該冷却流路を、冷却水冷却用の熱交換器が配置された熱交換流路、及び前記熱交換器が配置されないバイパス流路、の少なくとも一方に分岐させる切替部の、前記熱交換器側への開口率を、前記温度偏差、及び差分温度に基づいて求める工程と、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、周囲温度に影響されず、内燃機関の出口水温の変動を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関は、冷却水が流れる冷却流路が設けられており、該冷却流路に冷却水を流すことにより、内燃機関の温度が所望の温度となるように制御している。また、内燃機関の温度を低下させたい場合には、冷却水を熱交換器（ラジエータ等）を通過させることにより、該冷却水の温度を低下させる。
【０００３】
内燃機関の始動時において、温度が上昇した冷却水が、常温の熱交換器に急激に導入されると、冷却水導入前後の温度差により熱交換器が熱衝撃（「サーマルショック」とも言う）を受けることになる。特許文献１には、熱衝撃を緩和するために、熱交換器を通過する冷却水の入口温度と出口温度を検出し、この温度差が大きくならないように熱交換器に供給する冷却水の流量を制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、熱交換器に生じる熱衝撃を緩和するために、熱交換器に冷却水を流して温度を上昇させるので、内燃機関の温度を即時に上昇させたい場合においても、冷却水の一部を熱交換器に供給することになり、内燃機関の温度上昇が遅くなるという問題が生じる。
【０００６】
また、内燃機関の出口水温が目標温度となるように制御するために、出口温度と周囲温度との温度偏差を求めている。この際、周囲温度は常温（例えば２５℃）に設定されるので、例えば、周囲温度が１０℃のように常温よりも低い場合、或いは周囲温度が４０℃のように常温よりも高い場合には、熱交換器による放熱量が増大或いは減少する。このため、内燃機関の出口温度にオーバーシュートやアンダーシュート、ハンチング等が生じて、内燃機関の出口水温が目標温度となるように制御することが難しくなる。
【０００７】
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、内燃機関に供給される冷却水の水温を適切な温度に制御することが可能な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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本願発明は、内燃機関を冷却するための冷却水が流れる冷却流路と、冷却流路の出口側に設けられ、冷却水冷却用の熱交換器が配置された熱交換流路、及び熱交換器が配置されないバイパス流路、の少なくとも一方に分岐させる切替部を有する。また、熱交換器の入口温度を検出する入口温度検出部と、出口温度を検出する出口温度検出部と、切替部における、熱交換流路及びバイパス流路への冷却水流量の分配を制御する制御部と、を備える。制御部は、入口温度と内燃機関出口の目標温度との差分から温度偏差を求め、且つ、入口温度と出口温度との差分を演算して差分温度を求め、温度偏差、及び差分温度に基づいて、切替部の開口率を求める。
【発明の効果】
【０００９】
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、熱交換器の入口温度と内燃機関出口の目標温度との差分から温度偏差を求め、且つ、熱交換器の入口温度と出口温度との差分温度を求め、温度偏差、及び差分温度に基づいて、切替部の開口率を求めるので、内燃機関に供給される冷却水の水温を適切な温度に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置を含む、内燃機関の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した内燃機関の冷却装置に用いられる制御部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置で採用する、感度データと差分温度ΔＴ、及び開口率の関係を示す開口率算出マップを示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置で採用する、三方弁の開口率と角度との関係を示す角度算出マップを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る内燃機関の冷却装置による処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置を含む内燃機関の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る冷却装置は、内燃機関１１に冷却用の冷却水を供給する冷却流路Ｌ１と、該冷却流路Ｌ１に冷却水を循環させる循環ポンプ１３と、冷却流路Ｌ１の出口端部に設けられ、内燃機関１１を通過した冷却水を２系統に分岐させる三方弁１２（切替部）と、を備えている。
【００１２】
三方弁１２は、冷却流路Ｌ１より供給される冷却水を、バイパス流路Ｌ２及び熱交換流路Ｌ３に分配して出力する。バイパス流路Ｌ２は、循環ポンプ１３の入口側に接続され、熱交換流路Ｌ３は、冷却水を冷却するための熱交換器１４（例えば、ラジエータ）を経由して、循環ポンプ１３の入口側に接続されている。即ち、三方弁１２（切替手段）は、冷却流路Ｌ１の出口側に設けられ、該冷却流路Ｌ１を、冷却水冷却用の熱交換器１４が配置された熱交換流路Ｌ３、及び熱交換器１４が配置されないバイパス流路Ｌ２の少なくとも一方に分岐させる機能を備える。
【００１３】
また、内燃機関１１の出口近傍の冷却流路Ｌ１には、該冷却流路Ｌ１を流れる冷却水の温度を検出する第１温度検出部２１（入口温度検出部）が設けられている。なお、第１温度検出部２１で検出される温度Ｔ１は、熱交換器１４の入口側温度であるから、以下、入口温度Ｔ１と称する。そして、冷却流路Ｌ１の出口端部は、熱交換流路Ｌ３を経由して熱交換器１４の入口に接続されるので、第１温度検出部２１で検出される温度は、熱交換器１４に供給される冷却水の入口温度Ｔ１と同等の温度となる。一方、熱交換器１４の出口近傍の熱交換流路Ｌ３には、熱交換器１４を通過した冷却水の温度である出口温度Ｔ２を検出する第２温度検出部２２（出口温度検出部）が設けられている。なお、「温度を検出する」とは、センサにより直接測定することや、冷却水流量等の要因に基づいて推定することを含む概念である。
【００１４】
更に、入口温度Ｔ１、及び出口温度Ｔ２を取得し、これらの温度データに基づいて、三方弁１２の開度を制御する制御部２３を備えている。
【００１５】
以下、図２に示すブロック図を参照して、制御部２３の詳細な構成について説明する。制御部２３は、内燃機関１１より出力される冷却水の温度（即ち、入口温度Ｔ１）と、該入口温度Ｔ１の目標温度Ｔ１refとの偏差（温度偏差）を演算する減算器３１と、該減算器３１に予め設定したゲインを乗じて感度データを出力する乗算器３２を備えている。更に、入口温度Ｔ１と、熱交換器１４の出口温度Ｔ２を入力し、これらの差分温度ΔＴを演算する減算器３３を備えている。
【００１６】
また、乗算器３２より出力される感度データと差分温度ΔＴに基づいて、三方弁１２の開口率（熱交換流路Ｌ３への冷却水の供給量を決めるための開口率）を求める開口率算出部３４と、該開口率算出部３４で求められた開口率に基づいて、三方弁１２の角度を求める角度算出部３５と、メモリ３６（マップ記憶部）と、を備えている。メモリ３６には、開口率算出部３４の演算に使用する、感度データと差分温度ΔＴと開口率との対応関係を示す開口率算出マップ、及び、三方弁１２の開口率と該三方弁１２の角度との対応関係を示す角度算出マップが記憶されている。
【００１７】
図３は、開口率算出マップの具体的な内容を示す説明図であり、感度データと差分温度ΔＴに対して、開口率が設定されている。従って、感度データ及び差分温度ΔＴが入力されると、これに対応する開口率が求められる。より詳細には、感度データに基づいて開口率が求められ、更に、この開口率を差分温度ΔＴにより補正することができる。図４は、角度算出マップの具体的な内容を示す説明図であり、三方弁１２の開口率に対して、該三方弁の角度が設定されている。
【００１８】
即ち、制御部２３は、入口温度Ｔ１と、内燃機関出口の目標温度（Ｔ１ref）との差分から温度偏差を求め、且つ、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２の差分を演算して差分温度ΔＴを求め、温度偏差、及び差分温度ΔＴに基づいて、三方弁１２（切替部）の開口率を求める機能を備えている。
【００１９】
なお、制御部２３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。
【００２０】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る内燃機関の冷却装置の処理手順について説明する。この処理は、予め設定した演算周期毎に繰り返して実行される。
【００２１】
初めに、図３のステップＳ１１において、内燃機関１１が始動する。この際、循環ポンプ１３が駆動を開始するので、冷却流路Ｌ１に冷却水が流入し、内燃機関１１が冷却される。また、三方弁１２の出口は、バイパス流路Ｌ２側の開口部が開放され、熱交換流路Ｌ３側の開口部が閉鎖される。従って、冷却流路Ｌ１を流れる冷却水は、バイパス流路Ｌ２を経由して循環ポンプ１３に戻される。その結果、冷却水の温度が上昇し、内燃機関１１を通過した後の冷却水温度が、例えば１００℃まで上昇する。その後、内燃機関、及び駆動機構に用いられる潤滑オイル（内燃機関オイルやトランスミッションオイル等）の温度が上昇するので、該潤滑オイルのフリクションが低下し、燃料消費率を向上させることができる。
【００２２】
その後、内燃機関１１の回転数及びトルクが上昇すると、内燃機関１１にノッキングが生じ、燃料消費率が悪くなる。従って、ノッキングを防止するために、内燃機関１１の温度を低下させることが望まれる。従って、ステップＳ１２において、制御部２３は、三方弁１２の、熱交換流路Ｌ３側を開放し、熱交換器１４への冷却水の供給を開始する。このときの、三方弁１２の開口率は、初期的に設定した開口率とされる。
【００２３】
ステップＳ１３において、制御部２３は、第１温度検出部２１にて測定される入口温度Ｔ１を取得する。入口温度Ｔ１が取得されると、この入口温度Ｔ１と目標温度Ｔ１refとの温度偏差が図２に示した減算器３１にて演算され、この温度偏差は、乗算器３２にてゲインが乗じられた後、感度データとして、開口率算出部３４に供給される。ステップＳ１４において、開口率算出部３４は、感度データを図３に示した開口率算出マップに当てはめることにより、三方弁１２の熱交換流路Ｌ３側の開口率を求める。
【００２４】
ステップＳ１５において、制御部２３は、第２温度検出部２２にて測定される出口温度Ｔ２を取得する。出口温度Ｔ２が取得されると、この出口温度Ｔ２と入口温度Ｔ１との差分温度ΔＴが図２に示した減算器３３にて演算され、この差分温度ΔＴは、開口率算出部３４に供給される。
【００２５】
ステップＳ１６において、開口率算出部３４は、差分温度ΔＴに基づき、図３に示した開口率算出マップに当てはめることにより、ステップＳ１４の処理で求められた開口率を補正する。
【００２６】
補正された開口率は、三方弁１２より供給される冷却水が熱交換器１４を通過した後に、差分温度ΔＴに応じた流量となるように制御される。即ち、周囲温度が低く（例えば、１０℃）、熱交換器１４による放熱量が大きいと判断される場合には、開口率を小さくして熱交換器１４を通過する冷却水の流量を少なくする。これとは反対に、周囲温度が高く（例えば、４０℃）、熱交換器１４による放熱量が小さいと判断される場合には、開口率を大きくして熱交換器１４を通過する冷却水の流量を多くする。こうすることにより、内燃機関１１に供給される冷却水の温度をほぼ一定の温度に保持することができ、内燃機関１１を安定に作動させることができることになる。そして、補正後の開口率データを角度算出部３５に出力する。
【００２７】
ステップＳ１７において、角度算出部３５は、ステップＳ１６の処理で補正された開口率を角度算出マップに開口率を当てはめることにより、該三方弁１２の弁の角度を求める。その後、ステップＳ１８において、この角度データを図１に示す三方弁１２に出力し、三方弁１２の弁の角度を制御する。
【００２８】
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、内燃機関１１の出口側の冷却水の水温、即ち、熱交換器１４の入口温度Ｔ１が、予め設定した目標温度Ｔ１refとなるように三方弁１２の開口率を求めている。更に、熱交換器１４の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２との差分温度ΔＴを演算し、この差分温度ΔＴにより上記の開口率を補正している。そして、補正後の開口率となるように、三方弁１２の角度を制御している。
【００２９】
従って、熱交換器１４の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２の差分温度ΔＴに応じて、該熱交換器１４に供給される冷却水の流量が制御されることになる。このため、例えば、周囲温度が低温であり、熱交換器１４による放熱量が大きい場合には、該熱交換器１４に供給される冷却水量が低減されることになる。その結果、内燃機関１１に流入する冷却水の温度を安定した温度に保持することができ、冷却水温度が低下して、内燃機関の効率が低下する、といった問題の発生を回避することが可能となる。
【００３０】
また、メモリ３６に、開口率算出マップを記憶し、この開口率算出マップを参照して三方弁１２の開口率を設定するので、多くの演算負荷をかけることなく開口率の算出が可能となる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２の差分温度ΔＴを用いて、開口率を補正す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、例えば、差分温度ΔＴに基づいて、図２に示した乗算器３２のゲインを変化させるようにしてもよい。このような構成においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
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。
【符号の説明】
【００３３】
１１  内燃機関
１２  三方弁（切替部）
１３  循環ポンプ
１４  熱交換器
２１  第１温度検出部（入口温度検出部）
２２  第２温度検出部（出口温度検出部）
２３  制御部
３１  減算器
３２  乗算器
３３  減算器
３４  開口率算出部
３５  角度算出部
３６  メモリ（マップ記憶部）
Ｌ１  冷却流路
Ｌ２  バイパス流路
Ｌ３  熱交換流路
【図１】
0006311503.tif 000002
【図２】
0006311503.tif 000003
【図３】
0006311503.tif 000004
【図４】
0006311503.tif 000005
【図５】
0006311503.tif 000006