(57)【要約】【課題】簡単な構成で、大掛かりなシステム構成の変更が不要で、始動時の暖機を短時間で行なうことができる暖機装置を提供すること。【解決手段】エンジン内で冷却水が流動する冷却水路と、冷却水を循環させる電動式ポンプと、冷却水温を検知する検知手段とを有する車両用エンジンの暖機装置において、冷却水温が所定温度より低い状態では電動式ポンプを周期的に正逆回転するように制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン内で冷却水が流動する冷却水路と、前記冷却水を循環させる電動式ポンプと、冷却水温を検知する検知手段とを有する車両用エンジンの暖機装置において、前記冷却水温が所定温度より低い状態では前記電動式ポンプを周期的に正逆回転するように制御すること、を特徴とする車両用エンジンの暖機装置。
【請求項２】
前記冷却水温に応じて前記電動式ポンプの回転制御が行なわれること、を特徴とする請求項１に記載のエンジンの暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のエンジン始動時の暖機特性を改善するエンジンの暖機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費向上、排ガス低減を目的として、車両用エンジンに用いる冷却水の暖機を行なう装置に関する考案がなされている。同エンジン冷却水の暖機の方法としては、エンジン内部の冷却水温が所定の温度に上昇するまでは、メカ式ウォータポンプや電動式ウォータポンプを作動させないなどの方法が取り入れられている。また、ラジエータの吸入口側と吐出口側との間にバイパス水路を配置して、冷却水温が所定温度より低い場合、冷却水をラジエータを通さずに迂回させるシステムがある。（例えば特開２００３−２７９４２号公報参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−２７９４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１のエンジンの暖機装置においては、エンジンの暖機中にウォータポンプを停止する技術が示されている。ところが、ウォータポンプを停止させた場合、エンジン内のピストン周辺部で、熱が局部的に上昇して、いわゆるヒートスポットができることが懸念される。そのため、始動時にウォータポンプを長い時間停止することにより暖機運転を行なうことは困難であった。この不具合を解決するために、少量の冷却水を冷却水路に循環させるという方法も考えられる。少量の冷却水を循環させる方法では、昇温が不要な冷却水路にまで冷却水を通すことになるため、必要となる熱容量が増大してしまい、暖機性能を向上することが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は前記した不具合が惹起されないように、エンジン始動時の暖機特性を改善できるように冷却水の流れ制御を行なうことが可能なエンジンの暖機装置を提供することをその技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた技術手段は、エンジン内で冷却水が流動する冷却水路と、冷却水を循環させる電動式ポンプと、冷却水温を検知する検知手段とを有する車両用エンジンの暖機装置において、冷却水温が所定温度より低い状態では電動式ポンプを周期的に正逆回転するように制御するようにしたことである。
【０００７】
上記した手段によれば、冷却水温が所定温度より低い状態では、電動式ポンプを正逆回転させるので、冷却水路を流動する冷却水は、冷却水路内の限られた範囲のみで流動するように制御される。冷却水は、冷却水路全体を循環せずに流れ方向が所定時間ごとに切り替わるので、冷却水路の局部のみに流動する。その結果、車両用エンジンの発熱部であるシリンダ周辺部の冷却水は効果的に昇温できるので、従来よりも効果的に暖機を行うことが可能となる。
【０００８】
さらに請求項２に講じた技術手段は、請求項１の技術手段に加えて水温に応じて電動式ポンプの回転制御が行なわれるようにしたことである。
【０００９】
上記した構成によれば、電動式ポンプの回転数は冷却水温に対応して、冷却水の流動する水量が制御されるので、冷却水温の昇温状態に対応して最適に冷却水の流動がなされる。その結果、発熱部周辺にはヒートスポットが発生することもなく、また、冷却水が不要な冷却水路に流れて、不要に放熱することもないため、効果的に冷却水の温度上昇が行なわれる。以上によって、効果的な暖機が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用エンジンの暖機装置の実施の形態を図面にもとづいて説明する。図１に示されるように、車両用エンジンの暖機装置ＥＷは、内燃機関としてのエンジンＥと、同エンジンＥのシリンダブロックＣＢおよびシリンダヘッドＣＨに設けられた冷却水路ＷＰに連結された電動式のウォータポンプＥＰと、冷却水路ＷＰ内を循環する冷却水を外気で冷却するラジエータＲと、ラジエータＲへの冷却水の流れを迂回してサーモスタットＴＳへ冷却水を導くバイパス流路ＢＰを備える。サーモスタットＴＳは、バイパス流路ＢＰからウォータポンプＥＰを介して、冷却水路ＷＰへの冷却水の流れを制御するように機能する。
【００１１】
そして、冷却水路ＷＰ内の冷却水温を検出するための温度センサＳが、シリンダヘッドＣＨ内に配設される冷却水路ＷＰに取り付けられている。この温度センサＳは、直接、冷却水温を検出してもよいし、冷却水路の近傍に配置されて、間接的に冷却水温を検出するセンサでもよい。
【００１２】
電動式のウォータポンプＥＰは、エンジンの回転数には依存することなく、冷却水の流れる方向や流量を決定できる。図２はシリンダヘッドＣＨ内の冷却水路ＷＰ（ウォータジャケット）を示す概略図であり、図１で示された概略構成図においてＡ−Ａでの断面図を示す。ウォータポンプＥＰから送りだされる冷却水は、シリンダブロックＣＢ内のシリンダボア壁面に配設される冷却水路ＷＰを経た後、図２示左側の連絡水路１０からシリンダヘッドＣＨ内の燃焼室周辺に配設された冷却水路ＷＰに供給され、シリンダヘッドＣＨから排出された冷却水は、ラジエータＲの吸入口ＲＩに導かれる。
【００１３】
エンジンＥの始動直後で冷却水温が充分に暖まっていない場合には、冷却水がラジエータＲを迂回して、バイパス流路ＢＰを流れるように、サーモスタットＴＳが開弁制御され、バイパス流路ＢＰから冷却水路ＷＰへの冷却水の流れが許容される。このようにサーモスタットＴＳは冷却水の流路を切替えもしくは分流する機能を有し、図示しない制御装置で制御されるか、あるいはサーモスタットＴＳ内に備えられた感温部材が冷却水温に応じて開閉弁制御が行なわれるものであってもよい。
【００１４】
図３は、エンジンＥの始動直後ウォータポンプＥＰの回転数制御が図示しない制御装置で行なわれる場合の制御フローを示している。エンジンＥのシリンダブロックＣＢおよびシリンダヘッドＣＨ内に滞留する冷却水の温度が所定温度（例えば、７５℃）よりも低いか否かがステップ１０にて比較され、７５℃よりも低い場合ステップＳ２０に進んでウォータポンプの正逆回転制御が成される。即ち、エンジンＥの図示しないシリンダ部および燃焼室の熱で、エンジンＥ内の冷却水の昇温（エンジンＥの暖機）が効果的に行なわれるように、ウォータポンプＥＰが制御される。このとき、ウォータポンプＥＰは、バイパス流路ＢＰまで冷却水が循環しないように、ステップＳ２０に示されるように、冷却水を正方向にＴ１秒（例えば、１秒程度）流れるように制御する。その後、先程とは逆の方向にＴ１秒（例えば１秒程度）流れるように制御する。この制御を行なう時間は、冷却水路ＷＰに配置される温度センサＳで検出される時間あたりの昇温具合によって任意に変更することができる。
【００１５】
ステップＳ２０におけるウォータポンプＥＰの制御は、具体的には図４ｂに示される通りである。図４ではＴ１秒の間の正逆回転がエンジンＥの始動開始と同時に所定時間Ｔ３の間継続して実行され、その後段階的に回転数が一定回転に至るまで増速される。図４にて一点鎖線で示されたウォータポンプＥＰの回転数変化は従来技術による回転数変化の制御様式を示している。図４ａには本発明によるエンジンＥ始動開始直後から冷却水温の昇温の変化を示している。従来技術による昇温変化は一点鎖線により示してある。上記したウォータポンプＥＰによる一連の冷却水制御は、エンジンＥ内の冷却水の昇温状態に応じて、ウォータポンプＥＰの正逆の回転制御のみでなく、回転数も制御される。このようにウォータポンプＥＰの制御を行なうことで、エンジンＥ内の冷却水が部分的に一部のみ昇温することを抑制し、効果的にエンジンＥ内の冷却水全体が早く昇温するように制御する。また、シリンダブロックＣＢ内に温度センサを設け、シリンダブロックＣＢ内の冷却水温とシリンダヘッドＣＨ内の冷却水温とを比較して、その温度差に応じて、ウォータポンプＥＰの正逆転制御を含む制御内容を変更してもよい。
【００１６】
エンジンＥの暖機時には、図２に温度センサＳが配置されるように、隣り合う燃焼室間の冷却水路ＷＰ内に滞留する冷却水が最も昇温されやすい。即ち、隣り合う燃焼室間の冷却水路ＷＰ内にヒートスポットが発生し易くなっている。そして、冷却水の過度の昇温が継続する場合には、冷却水によるエンジンＥの図示しない燃焼室などの過熱部位を冷却する効果は期待できず、この部位はヒートスポットとして熱による影響を受ける。そのため、冷却水路ＷＰに存在する冷却水が一部のみ部分的に昇温することのないように、冷却水路ＷＰ内を流動させることが必要である。
【００１７】
以上、説明したように、周期的にウォータポンプＥＰが駆動制御され、まず、エンジンＥ内の冷却水が全体的にほぼ同水温となるように冷却水路ＷＰで撹拌され、効果的に短時間で昇温できるように制御される。すると順次、冷却水が冷却水路ＷＰ内で撹拌されるので、効率的に冷却水は燃焼室からの熱で昇温する。このウォータポンプＥＰの、正回転、停止、逆回転の一連の制御は、エンジンＥの性能によって異なるので、エンジンＥ内の冷却水の昇温状態を予め計測するなどして、それぞれの制御する時間は決定される。
【００１８】
上記したウォータポンプＥＰによる一連の冷却水制御は、エンジンＥ内の冷却水の昇温状態に応じて、ウォータポンプＥＰの正逆の回転制御のみでなく、回転数も制御される。
【００１９】
Ｓ３０からＳ６０に示す制御ステップで示すように、エンジンＥ内の冷却水温が所定温度に達すると、ウォータポンプＥＰは、従来と同様に正方向に冷却水を流動するように制御される。このとき、ウォータポンプＥＰの回転数は、冷却水温の昇温に応じて回転数が制御される。昇温の具合が比較的早い場合には、冷却水量が増えるように、ウォータポンプＥＰの回転数制御が行なわれる。冷却水が所定温度まで昇温しても、所定温度よりも低下した場合には、再び、エンジンＥ内の冷却水温が理想的な冷却水温（たとえば１００℃程度）になるように、ウォータポンプＥＰはＳ２０のステップの回転数制御が行なわれる。
【００２０】
シリンダブロックＣＢおよびシリンダヘッドＣＨの冷却水路ＷＰ内の冷却水は、Ｓ４０およびＳ５０のステップにおいては、ラジエータＲあるいはバイパス流路ＢＰか、もしくは両方を流動する。そして、この流動する冷却水温が所定温度よりも高い状態が継続する場合、Ｓ６０のステップのように、運転者に水温異常を警告し、条件によっては、冷却水路ＷＰ内を流動する冷却水温が低下するようにエンジンＥの減筒制御を行なう。
【００２１】
以上の結果、速やかに冷却水は暖められてその暖機性能が向上する。そのため、エンジンヘッドＥに生じやすいヒートスポットを回避することができるため、ウォータポンプＥＰを停止して暖機性能を向上させるよりもエンジンＥへのダメージが少なくなる。
【００２２】
また、暖機時には、ラジエータＲやバイパス流路ＢＰに流動させない水量で、ウォータポンプＥＰを逆回転させることで冷却水の流れを逆にし、昇温の早い比較的高温なシリンダヘッドＣＨ側の冷却水をシリンダブロックＣＢ側へと流すことで、エンジン全体の早期暖機も可能となる。さらには、バイバス流路ＢＰへの水の流れをつくるサーモスタットＴＳも、本発明における条件のもとでは不要なため、コストダウンも可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、冷却水温が所定温度より低い状態では電動式ポンプを正逆回転させるので、冷却水路を流動する冷却水は、流れ方向が所定時間ごとに切り替えることでできるため、冷却水は冷却水路内でヒートスポットを回避できる程度に流動させることができる。これにより、車両用エンジンの発熱部であるシリンダヘッドやシリンダブロック周辺部の冷却水を効果的に昇温でき、従来よりも効果的に暖機を行うことが可能となる。
【００２４】
さらに電動式ポンプの回転数は実質的に冷却水温に対応して制御されるので、冷却水温の昇温状態に対応して最適に冷却水の流動がなされるため、発熱部周辺にはヒートスポットが発生することがなくなる。また、冷却水が不要な冷却水路に流れて、不要に放熱することもないため、効果的に冷却水の温度上昇が行なわれるため、効果的な暖機が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成図。
【図２】シリンダヘッド部のＡ−Ａ断面における冷却水の流れを示す概略図。
【図３】実施形態の冷却水の制御を示すフローチャート。
【図４】図４ａはエンジン始動時からの冷却水温の変化を示し、図４ｂはエンジン始動時からのウォータポンプの回転数制御の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
ＢＰ：バイパス流路
Ｅ：エンジン
ＥＰ：ウォータポンプ（電動式ポンプ）
Ｒ：ラジエータ
Ｓ：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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