(57)【要約】【課題】サーモスタットの開閉条件を最適化する。【解決手段】複数の所定温度のときに所定温度以外のときよりも比熱が大きくなる冷却水を冷却水通路１２に流通させる内燃機関１の冷却システムにおいて、ラジエータ１３と、ラジエータ１３をバイパスするバイパス通路１４と、サーモスタット１５と、複数の所定温度の何れかのときにサーモスタット１５を開き、該サーモスタット１５を開く温度を内燃機関１の運転状態に応じて変更する制御装置３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の所定温度のときに所定温度以外のときよりも比熱が大きくなる冷却水を冷却水通路に流通させる内燃機関の冷却システムにおいて、
前記冷却水通路に設けられ前記冷却水から熱を奪うラジエータと、
前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
閉じたときには前記ラジエータへの冷却水の流通を遮断して前記バイパス通路に冷却水を流通させ、開いたときには少なくとも前記ラジエータに冷却水を流通させるサーモスタットと、
前記複数の所定温度の何れかのときに前記サーモスタットを開き、該サーモスタットを開く温度を前記内燃機関の運転状態に応じて変更する制御装置と、
を備える内燃機関の冷却システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記内燃機関の回転数または負荷の少なくとも一方が大きいほど、前記サーモスタットを開く温度を高くする請求項１に記載の内燃機関の冷却システム。
【請求項３】
前記制御置は、前記冷却水通路から前記内燃機関へ流入する冷却水の温度に基づいて前記サーモスタットを開く請求項１または２に記載の内燃機関の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関が過熱しないように冷却水温度を設定しておき、設定された冷却水温度となるように電子サーモスタットを制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、所定温度で比熱が変わる冷却水が知られている（例えば、特許文献２参照）。この冷却水は、相転移を起こす物質を封入したカプセルを液体の中に分散させて構成される。
【０００３】
ここで、設定された冷却水温度となるように電子サーモスタットを制御するシステムにおいて、所定温度で比熱が変わる冷却水を使用する場合には、従来と同じように電子サーモスタットを制御したのでは、冷却水の比熱が変わるという特性を十分に活用しているとはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５３６０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６８５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、サーモスタットの開閉条件を最適化する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の冷却システムは、
複数の所定温度のときに所定温度以外のときよりも比熱が大きくなる冷却水を冷却水通路に流通させる内燃機関の冷却システムにおいて、
前記冷却水通路に設けられ前記冷却水から熱を奪うラジエータと、
前記ラジエータをバイパスするバイパス通路と、
閉じたときには前記ラジエータへの冷却水の流通を遮断して前記バイパス通路に冷却水を流通させ、開いたときには少なくとも前記ラジエータに冷却水を流通させるサーモスタットと、
前記複数の所定温度の何れかのときに前記サーモスタットを開き、該サーモスタットを開く温度を前記内燃機関の運転状態に応じて変更する制御装置と、
を備える。
【０００７】
所定温度は、例えば冷却水に含まれる物質に構造相転移が起こる温度とすることができる。すなわち、構造相転移により熱が放出されるか又は熱が吸収されるため、構造相転移が起こる温度では冷却水の比熱が大きくなる。このため、所定温度においては、熱の出入が多少あったとしても冷却水の温度は略一定となる。構造相転移が起こる温度が異なる複数の種類の物質を冷却水に含むことで、複数の所定温度のときに所定温度以外のときよりも比熱が大きくなる。
【０００８】
そして、何れかの所定温度のときにサーモスタットを開くと、ラジエータに冷却水が流通する。このときには、冷却水が所定温度となっているため、比熱が大きくなっているの
で、冷却水の温度が変動することが抑制される。
【０００９】
ここで、内燃機関の運転状態によって冷却システムに要求される冷却能力が異なるため、内燃機関の運転状態に応じてサーモスタットが開く温度を変更すれば、要求される冷却能力に応じた冷却水の温度制御が可能となる。そして、そのときの冷却水温度の変動が抑制されるため、内燃機関の温度を適切な温度に維持することができる。
【００１０】
本発明においては、前記制御装置は、前記内燃機関の回転数または負荷の少なくとも一方が大きいほど、前記サーモスタットを開く温度を高くすることができる。
【００１１】
ここで、内燃機関の回転数または負荷が高くなると、冷却水の温度が高くなり、内燃機関が過熱する虞がある。このように、内燃機関の回転数または負荷の少なくとも一方が大きくなるときに冷却水の温度が上昇するが、このときにサーモスタットが開く温度を高温側の所定温度とする。これにより、冷却水温度が高温側の所定温度となったときに比熱が大きくなり、温度の上昇が抑制される。一方、内燃機関の回転数または負荷が低くなると、冷却水の温度が低くなり、燃費が悪化する虞がある。このように、内燃機関の回転数または負荷の少なくとも一方が小さくなるときに、冷却水の温度が下降するが、このときにサーモスタットが開く温度を低温側の所定温度とする。これにより、冷却水温度が低温側の所定温度となったときに比熱が大きくなり、温度の下降が抑制される。すなわち、内燃機関の回転数または負荷に応じてサーモスタットが開く温度を選択すれば、冷却水の温度が過剰に高くなりすぎたり、または低くなりすぎたりすることを抑制できるため、燃費の悪化や内燃機関の過熱を抑制できる。
【００１２】
本発明においては、前記制御置は、前記冷却水通路から前記内燃機関へ流入する冷却水の温度に基づいて前記サーモスタットを開くことができる。
【００１３】
ここで、冷却水通路から内燃機関へ流入する冷却水は、内燃機関から熱を受ける直前の冷却水である。そして、冷却水通路から内燃機関へ流入した冷却水は内燃機関から熱を受ける。このため、冷却水通路から内燃機関へ流入する冷却水の温度が所定温度のときにサーモスタットが開くように設定すると、内燃機関内部において冷却水の温度が変化することを抑制できる。すなわち、内燃機関内部の冷却水の温度を適切な温度に維持することができるため、燃費の悪化や内燃機関の過熱を抑制できる。
【００１４】
なお、前記複数の所定温度のなかで最も低い温度よりも冷却水温度が低くなったときには、サーモスタットを閉じたままにしてもよい。また、前記複数の所定温度のなかで最も高い温度よりも冷却水温度が高くなったときには、サーモスタットを開いたままにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、サーモスタットの開閉条件を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例に係る内燃機関の冷却システムの概略構成を示す図である。
【図２】冷却水温度と冷却水の比熱との関係を示した図である。
【図３】実施例にかかるサーモスタットの制御フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る内燃機関の冷却システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例に係る内燃機関の冷却システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の内燃機関である。
【００１９】
内燃機関１の内部には冷却水を循環させるためのウォータジャケット２が形成されている。また、内燃機関１には、第１冷却水通路１１及び第２冷却水通路１２が接続されている。この、第１冷却水通路１１及び第２冷却水通路１２には、ラジエータ１３及びバイパス通路１４が接続されている。
【００２０】
第１冷却水通路１１は、ウォータジャケット２の出口側とラジエータ１３の入口側とを接続している。すなわち、第１冷却水通路１１は、ウォータジャケット２から冷却水を排出するための通路である。また、第２冷却水通路１２は、ラジエータ１３の出口側とウォータジャケット２の入口側とを接続している。すなわち、第２冷却水通路１２は、ウォータジャケット２へ冷却水を供給するための通路である。
【００２１】
また、第２冷却水通路１２とウォータジャケット２との接続部には、第２冷却水通路１２側からウォータジャケット２側へ冷却水を吐出するウォータポンプ３が設けられている。
【００２２】
バイパス通路１４は、第１冷却水通路１１と第２冷却水通路１２とを連通することで、ラジエータ１３をバイパスしている。
【００２３】
また、第２冷却水通路１２とバイパス通路１４との接続部よりもラジエータ１３側の第２冷却水通路１２には、電子制御式のサーモスタット１５が設けられている。このサーモスタット１５は、後述するＥＣＵ３０からの信号に応じて開度が調整される。そして、サーモスタット１５の開度が制御されることにより、ラジエータ１３に供給される冷却水の量が調整される。
【００２４】
サーモスタット１５が閉じているときには、ウォータジャケット２から第１冷却水通路１１へ流出した冷却水は、バイパス通路１４を経由して再びウォータジャケット２に送られる。こうした冷却水の循環によって冷却水が徐々に暖められ、内燃機関１の暖機が促進される。
【００２５】
また、サーモスタット１５が開いているときには、ラジエータ１３及びバイパス通路１４を経由して冷却水が循環される。なお、サーモスタット１５の状態に関わらず、ラジエータ１３及びバイパス通路１４以外の部位にも冷却水は循環するが、図１ではこれらの部位を省略している。
【００２６】
また、ウォータジャケット２の接続部とバイパス通路１４の接続部との間の第２冷却水通路１２には、ウォータジャケット２へ流入する冷却水の温度（以下、入口側温度ともいう。）を測定する入口側温度センサ３２が取り付けられている。
【００２７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００２８】
また、ＥＣＵ３０には、上記センサの他、アクセル開度に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出するアクセル開度センサ３３、および機関回転数を検出するクランクポジションセンサ３４が電気配線を介して接続さている。そして、これらのセンサの出力信号がＥ
ＣＵ３０に入力される。一方、ＥＣＵ３０には、サーモスタット１５が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３０はこのサーモスタット１５を制御する。
【００２９】
ここで、本実施例に係る冷却水は、所定温度で比熱が変化する。例えば所定温度で固体から液体、または液体から固体へ相転移する物質を含んで構成される。すなわち、冷却水の温度が高くなる過程で所定温度となると、冷却水に含まれる物質が固体から液体へ変化し、このときには周りから熱を吸収する。一方、冷却水の温度が低くなる過程で所定温度となると、冷却水に含まれる物質が液体から固体へ変化し、このときには周りへ熱を放出する。このように液体と固体との間で相転移するときには冷却水の比熱が変化する。そして、異なる温度で相転移する物質を冷却水に複数含ませることにより、比熱が高くなる温度を複数設定することができる。
【００３０】
ここで、図２は、冷却水温度と冷却水の比熱との関係を示した図である。図２に示されるように、ＡおよびＢで示される温度のときには、他の温度のときよりも、比熱が高くなる。すなわち、異なる温度で相転移する物質を冷却水に２つ含んでいる。以下、Ａを低温側所定温度、Ｂを高温側所定温度と称する。この低温側所定温度Ａおよび高温側所定温度Ｂのときには、冷却水温度が上昇途中または下降途中であっても、一旦、低温側所定温度Ａまたは高温側所定温度Ｂで一定となる。
【００３１】
そして、本実施例では、サーモスタット１５を開く温度を、冷却水温度が低温になり得る運転状態のときには低温側所定温度Ａとし、冷却水温度が高温になり得る運転状態のときには高温側所定温度Ｂとする。冷却水温度が低温になり得る運転状態のときとは、たとえば、機関回転数および機関負荷が比較的低い場合である。これは、低回転低負荷時または定常運転時、減速運転時としてもよい。また、冷却水温度が高温になり得る運転状態のときとは、たとえば、機関回転数または機関負荷の少なくとも一方が比較的高い場合である。これは、高回転高負荷時または加速運転時としてもよい。いずれの所定温度を選択するのかは、予めマップ化しておいてもよい。
【００３２】
入口側温度が低温側所定温度Ａまたは高温側所定温度Ｂのときにサーモスタット１５が開くように設定しておけば、冷却水の比熱が高くなる特性、すなわち冷却水温度が一定となる特性を活用することできる。すなわち、冷却水温度が上昇しているときには、熱を奪うことにより温度の上昇を抑制することができる。また、冷却水温度が下降しているときには、熱を与えることにより温度の下降を抑制できる。このようにして、冷却水がウォータジャケット２を通過するときの温度を一定に保つことができる。これにより、冷却水の温度が上がり過ぎることを抑制できるため、内燃機関１の過熱を抑制できる。また、冷却水の温度が下がり過ぎることを抑制できるため、燃費の悪化を抑制できる。
【００３３】
なお、本実施例においては、入口側水温度に基づいてサーモスタット１５を開いている。
【００３４】
ここで、第２冷却水通路１２から内燃機関１へ流入する冷却水は、内燃機関１から熱を受ける直前の冷却水である。そして、第２冷却水通路１２から内燃機関１へ流入した冷却水は内燃機関１から熱を受ける。このため、第２冷却水通路１２から内燃機関１へ流入する冷却水の温度が低温側所定温度Ａまたは高温側所定温度Ｂのときにサーモスタット１５が開くように設定すると、内燃機関１の内部において冷却水の温度が低温側所定温度Ａまたは高温側所定温度Ｂで一定となる。すなわち、内燃機関１の内部の冷却水温度を適切な温度に維持することができる。
【００３５】
図３は、本実施例にかかるサーモスタット１５の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に実行される。なお、本実施例では図３に示すフローを
処理するＥＣＵ３０が、本発明における制御装置に相当する。
【００３６】
ステップＳ１０１では、冷却水温度が高温となり得る運転状態であるか否か判定される。たとえば、内燃機関１が高回転または高負荷で運転されているか否か判定される。なお、機関回転数と機関負荷と冷却水温度が高温となる運転状態との関係を予めマップ化しておいてもよい。本ステップでは、サーモスタット１５の開弁温度を高温側所定温度Ｂとするか否か判定している。
【００３７】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０２では、サーモスタット１５が開弁する温度を高温側所定温度Ｂに設定する。そして、入口側温度が高温側所定温度Ｂとなったときにサーモスタット１５が開かれる。
【００３９】
ステップＳ１０３では、サーモスタット１５が開弁する温度を低温側所定温度Ａに設定する。そして、入口側温度が低温側所定温度Ａとなったときにサーモスタット１５が開かれる。
【００４０】
なお、低温側所定温度Ａおよび高温側所定温度Ｂは、燃費の悪化を抑制する温度および内燃機関１の過熱を抑制する温度として予め実験等により最適値を求めておく。また、冷却水温度が低温側所定温度Ａよりも低いときには、サーモスタット１５を閉じておく。冷却水温度が低温側所定温度Ａよりも高く且つ高温側所定温度Ｂよりも低いときにも、サーモスタット１５を閉じておく。さらに冷却水温度が高温側所定温度Ｂよりも高いときには、サーモスタット１５を開いておく。
【００４１】
以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の運転状態に応じてサーモスタット１５が開く温度を複数の所定温度から選択することで、内燃機関１の内部の温度の変動を抑制することができるため、燃費の悪化および内燃機関１の過熱を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１     内燃機関
２     ウォータジャケット
３     ウォータポンプ
１１   第１冷却水通路
１２   第２冷却水通路
１３   ラジエータ
１４   バイパス通路
１５   サーモスタット
３０   ＥＣＵ
３２   入口側温度センサ
３３   アクセル開度センサ
３４   クランクポジションセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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