(57)【要約】【課題】エンジン１の内部通路（１３，１４）と外部通路（２１〜２３）とを閉ループとしてウォータポンプ４により冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置において、冷間始動時に内部通路（１３，１４）で冷却液が沸騰したときに当該沸騰を迅速かつ正確に検知可能とする。【解決手段】制御装置１００は、冷間始動時に、内部通路（１３，１４）を外部通路（２１〜２３）と非連通にすることにより閉空間とし、この閉空間の冷却液の圧力に基づいて内部通路（１３，１４）における冷却液の沸騰を検知する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置であって、
エンジンの冷間始動時に、前記内部通路を前記外部通路と非連通にすることにより閉空間とし、この閉空間の冷却液の圧力に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰を検知する制御装置を備えている、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン冷却装置において、
前記検知対象となる沸騰の状態は、核沸騰とされる、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジン冷却装置において、
前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路を備え、この循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置され、
前記制御装置は、前記冷間始動時に前記両バルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記両バルブを開く対処手段とを含む、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のエンジン冷却装置において、
前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路と、この循環通路の上流側に並列に接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路とを備え、
前記循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置され、前記ラジエータ通路において前記ラジエータよりも上流側には冷却液流通量を変更するための第３バルブが設置され、ラジエータ通路において前記ラジエータよりも下流側には冷却液が暖機完了温度未満のときに閉側となる一方で前記暖機完了温度以上のときに全開になるサーモスタットが設置され、
前記制御装置は、前記冷間始動時に前記すべてのバルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記第１、第２バルブを開く対処手段とを含む、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のエンジン冷却装置において、
前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路と、この循環通路の上流側に並列に接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路と、前記内部通路の途中と前記循環通路に対する前記ラジエータ通路の下流側接続部分よりも上流側とに接続されかつ途中にＥＧＲクーラおよびオイルクーラが設置される補機通路とを備え、
前記循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置され、前記ラジエータ通路において前記ラジエータよりも上流側には冷却液流通量を変更するための第３バルブが設置され、ラジエータ通路において前記ラジエータよりも下流側には冷却液が暖機完了温度未満のときに閉側となる一方で前記暖機完了温度以上のときに全開になるサーモスタットが設置され、前記補機通路において前記循環通路の下流側接続部分寄りには冷却液流通量を変更するための第４バルブが設置され、
前記制御装置は、前記冷間始動時に前記すべてのバルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記第１、第２バルブを開く対処手段とを含む、ことを特徴とするエンジン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、電動式のウォーターポンプを備える内燃機関の冷却装置において、冷却水の水位を検出し、この水位の上昇率に基づいて冷却水の沸騰を検知することが記載されている。
【０００３】
この特許文献１の段落００１９，００２０，００２３，００２４には、ラジエータの上方にリザーブタンクを設置し、このリザーブタンク内に液面センサを設置し、冷却水が沸騰したときにリザーブタンクの液面水位が急激に上昇するので、これを液面センサで検出して冷却水の沸騰を検知することが記載されている。
【０００４】
この特許文献１では、沸騰の状態、つまり核沸騰であるのか、膜沸騰であるのかについては特に言及していない。なお、核沸騰は発泡点を核として気泡が発生してゆくユニットであり、比較的小さな気泡が発生する。一方、膜沸騰は、核沸騰の状態から温度が上昇して気泡の数が増し、その気泡が合体して局所的に伝熱面を覆う蒸気膜が形成されるユニットであり、比較的大きな気泡が発生する。
【０００５】
また、例えば特許文献２では、エンジン外部の暖機用通路に排気熱回収器を設置し、この排気熱回収器による排気ガスの熱を効率的に回収することを狙って、冷却水が核沸騰したときにそれを検知して当該核沸騰の状態を維持させるようにしている。なお、排気熱回収器とは、排気通路を流れる排気ガスと冷却水との間で熱交換を行って排気熱を回収するもののことである。
【０００６】
この特許文献２の段落００２５には、冷却水循環経路における冷却水の核沸騰、膜沸騰、あるいは沸騰無しを、前記冷却水循環経路の水圧と水圧変動の周波数とに基づいて判定することが記載されている。なお、エンジンのシリンダヘッドに水圧センサを設置し、この水圧センサの出力に基づいて核沸騰を維持するように電動ポンプの吐出流量を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０３７７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５７０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２は、以下のような点で改良の余地がある。つまり、この特許文献２の場合、エンジン内部通路とエンジン外部通路とが連通して冷却水が循環する状態になっているために、この冷却水循環経路全体の冷却水の圧力変動を前記水圧センサで検出するようになっている。このような冷却水循環経路において局部的な核沸騰が発生したときに、この核沸騰に伴い冷却水循環経路全体の冷却水圧力が変動する量は微小であるために、前記水圧センサの出力信号の変動が核沸騰によるものかノイズ成分であるのかを識別しにくいと考えられる。このような水圧センサの出力信号に基づいて冷却水の核沸騰を判定するようにしているのでは核沸騰の検知精度が低いと言わざるを得ない。
【０００９】
このような事情に鑑み、本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置において、冷間始動時に前記内部通路の冷却液が沸騰したときに当該沸騰を迅速かつ正確に検知可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置であって、エンジンの冷間始動時に、前記内部通路を前記外部通路と非連通にすることにより閉空間とし、この閉空間の冷却液の圧力に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰を検知する制御装置を備えている、ことを特徴としている。
【００１１】
一般に、エンジンを冷間始動するとエンジンの燃焼室から発生する熱でもって内部通路内の冷却液が沸騰しやすくなる。
【００１２】
本発明の前記構成では、冷間始動時つまり暖機中にエンジンの内部通路を閉空間としておき、この閉空間での冷却液の圧力変動を監視することによって、前記閉空間とされた内部通路における冷却液の沸騰を検知するようにしている。ここで、前記閉空間の容積は、冷却液循環経路全体（内部通路に外部通路を連通している状態）の総容積に対して格段に小さい。そのため、前記閉空間における冷却液の温度上昇ならびに圧力上昇は前記冷却液循環経路全体における冷却液の温度上昇ならびに圧力上昇に比べると格段に速くなり、しかも、閉空間における圧力変動幅は当然ながら冷却液循環経路全体における圧力変動幅に比べると格段に大きくなる。
【００１３】
このような比較的小容積の閉空間における冷却液の圧力を調べることによって冷却液の沸騰を検知するようにしているので、圧力変動とノイズ成分との識別が容易になり、それに伴い例えば実際の圧力値と圧力変動の周波数とに基づいて冷却液沸騰の有無を判定するときの判定精度が向上するようになる。したがって、閉空間とされる内部通路における冷却液の沸騰を迅速かつ正確に検知することが可能になる。
【００１４】
好ましくは、前記検知対象となる沸騰の状態は核沸騰とされる。この構成では、核沸騰を検知した後で、例えば内部通路と外部通路とを連通させることにより冷却液の温度や圧力の上昇を抑えるように対処すれば、膜沸騰に進展させないようにすることが可能になる。
【００１５】
好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路を備え、この循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置される構成とされており、前記制御装置は、前記冷間始動時に前記両バルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記両バルブを開く対処手段とを含む、構成とすることができる。
【００１６】
ここでは、外部通路を明確にするとともに、内部通路を閉空間にするための構成要素をバルブに特定している。この場合、例えば少なくとも内部通路の上流側と下流側とに第１、第２バルブを設置すればよいので、構成が簡素で済み、設備コストの上昇を抑制するうえで有利になる。
【００１７】
好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路と、この循環通路の上流側に並列に接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路とを備え、前記循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置され、前記ラジエータ通路において前記ラジエータよりも上流側には冷却液流通量を変更するための第３バルブが設置され、ラジエータ通路において前記ラジエータよりも下流側には冷却液が暖機完了温度未満のときに閉側となる一方で前記暖機完了温度以上のときに全開になるサーモスタットが設置される構成とされており、前記制御装置は、前記冷間始動時に前記すべてのバルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記第１、第２バルブを開く対処手段とを含む、構成とすることができる。
【００１８】
ここでは、外部通路について循環通路とラジエータ通路とを備える構成に特定しているとともに、サーモスタットの配置位置を特定している。この場合、冷間始動時にすべてのバルブを閉じることにより、内部通路を閉空間にする。そして、閉空間の冷却液が沸騰すると第１、第２バルブを開くから、エンジンの内部通路と循環通路とを閉ループとして冷却液が循環させられることになり、内部通路で発生していた沸騰が消失されることになる。そして、内部通路および循環通路を冷却液が循環することに伴いサーモスタットの上流側の冷却液が暖機完了温度以上になるとサーモスタットが全開になるので、その際に第３バルブを開くようにすれば、前記循環させられている冷却液の熱がラジエータで発散されることになる。これにより、循環させられている冷却液の温度が暖機完了温度に保たれるようになる。
【００１９】
好ましくは、前記エンジン冷却装置において、前記外部通路は、前記内部通路の冷却液排出口と冷却液導入口とに接続される循環通路と、この循環通路の上流側に並列に接続されかつ途中にラジエータが設置されるラジエータ通路と、前記内部通路の途中と前記循環通路に対する前記ラジエータ通路の下流側接続部分よりも上流側とに接続されかつ途中にＥＧＲクーラおよびオイルクーラが設置される補機通路とを備え、前記循環通路において前記内部通路の導入口寄りと排出口寄りとにはそれぞれ冷却液流通量を変更するための第１、第２バルブが設置され、前記ラジエータ通路において前記ラジエータよりも上流側には冷却液流通量を変更するための第３バルブが設置され、ラジエータ通路において前記ラジエータよりも下流側には冷却液が暖機完了温度未満のときに閉側となる一方で前記暖機完了温度以上のときに全開になるサーモスタットが設置され、前記補機通路において前記循環通路の下流側接続部分寄りには冷却液流通量を変更するための第４バルブが設置される構成とされており、また、前記制御装置は、前記冷間始動時に前記すべてのバルブを閉じることにより前記内部通路を閉空間にする準備手段と、前記閉空間における冷却液の圧力および圧力変動の周波数に基づいて前記内部通路における冷却液の沸騰の有無を判定する沸騰判定手段と、この沸騰判定手段で沸騰有りと判定した場合に前記第１、第２バルブを開く対処手段とを含む、構成とすることができる。
【００２０】
ここでは、外部通路について循環通路とラジエータ通路と補機通路とを備える構成に特定しているとともに、サーモスタットの配置位置やラジエータ通路および補機通路にそれぞれバルブを設置することを特定している。この場合、冷間始動時にすべてのバルブを閉じることにより、内部通路を閉空間にする。そして、閉空間の冷却液が沸騰すると第１、第２バルブおよび第４バルブを開くから、エンジンの内部通路と循環通路と補機通路とを閉ループとして冷却液が循環させられることになり、内部通路で発生していた沸騰が消失されることになる。そして、内部通路と循環通路と補機通路とを冷却液が循環することに伴いサーモスタットの上流側の冷却液が暖機完了温度以上になるとサーモスタットが全開になるので、その際に第３バルブを開くようにすれば、前記循環させられている冷却液の熱がラジエータで発散されることになる。これにより、循環させられている冷却液の温度が暖機完了温度に保たれるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置において、冷間始動時に前記内部通路の冷却液が沸騰したときに当該沸騰を迅速かつ正確に検知することが可能になる。
【００２２】
また、本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置において、冷間始動時に前記内部通路の冷却液が沸騰したときに当該沸騰を迅速かつ正確に検知することが可能になるとともに、暖機を均一に温度管理しながら速やかに完了することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るエンジン冷却装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１においてエンジンの内部通路の冷却液の核沸騰を検知した後の冷却液の循環経路を示す図である。
【図３】図１においてエンジンの暖機が完了した後の冷却液の循環経路を示す図である。
【図４】図１の制御装置による動作説明に用いるフローチャートである。
【図５】図１の制御装置による沸騰の状態を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１から図５に、本発明の一実施形態を示している。図１に示すエンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを少なくとも備えている。なお、図１では紙面の上側に記載されている構成要素を高圧側とし、紙面の下側に記載されている構成要素を低圧側としている。
【００２６】
シリンダブロック１１内にはウォータジャケット１３が設けられている。また、シリンダヘッド１２内にはウォータジャケット１４が設けられている。これらブロック側ウォータジャケット１３およびヘッド側ウォータジャケット１４がエンジン１の内部通路に相当している。冷却液は、例えばエチレングリコールの水溶液などの不凍液とされている。
【００２７】
ブロック側ウォータージャケット１３は、シリンダブロック１のデッキ面つまりシリンダヘッド（図示省略）が組み付けられる面に向けて開放されている。このようなウォータージャケット１３を備えるシリンダブロック１は、いわゆるオープンデッキタイプと呼ばれている。ヘッド側ウォータジャケット１４は、下側つまりシリンダブロック１側へ向けて開口されている。つまり、シリンダブロック側ウォータジャケット１３とシリンダヘッド側ウォータジャケット１４との間で冷却液が流通可能になっている。なお、シリンダブロック１はクローズドデッキタイプとすることも可能である。
【００２８】
シリンダブロック１１において気筒配列方向の一端面にはブロック側ウォータジャケット１３に冷却液を導入させるための導入口１５が設けられている。また、シリンダヘッド１２において気筒配列方向の他端面にはヘッド側ウォータジャケット１４から冷却液を排出させるための排出口１６が設けられている。
【００２９】
このシリンダブロック１１の導入口１５とシリンダヘッド１２の排出口１６とには、ヘッド側ウォータジャケット１４から排出される冷却液をブロック側ウォータジャケット１３に導入させるための循環通路２１が接続されている。
【００３０】
この循環通路２１には、さらにラジエータ通路２２、補機通路２３が接続されている。これら循環通路２１、ラジエータ通路２２および補機通路２３がエンジン１の外部通路に相当している。
【００３１】
循環通路２１には、ウォータポンプ４、ヒータコア５が設けられている。ウォータポンプ４は、循環通路２１においてシリンダブロック１１の導入口１５寄りの位置に設けられている。
【００３２】
このウォータポンプ４は、図示していないが、エンジンのクランクシャフトにより駆動される機械式ウォータポンプとされている。この機械式ウォータポンプの使用形態としては、公知のものと同じとするので、詳細に図示していないが、ウォータポンププーリとクランクシャフトプーリとにベルトを巻き掛けるようにし、ウォータポンププーリに電磁クラッチなどを装備した構成とし、この電磁クラッチを制御装置１００で継合、切断させることによりウォータポンプ４を作動または停止させるように制御するように構成される。
【００３３】
ヒータコア５は、車両室内を暖房するための熱交換器であり、循環通路２１においてシリンダヘッド１２の排出口１６寄りに設置されている。
【００３４】
ラジエータ通路２２にはラジエータ６が設けられている。ラジエータ６は、冷却液の熱を大気に発散させるための熱交換器である。このラジエータ通路２２においてラジエータ６の上流側にはリザーブタンク１７が設けられている。さらに、このラジエータ通路２２においてラジエータ６より冷却液流通方向の下流側が、循環通路２１においてウォータポンプ４とヒータコア５との間にサーモスタット７を介して接続されている。
【００３５】
サーモスタット７は、公知の構成であるので詳細に図示していないが、サーモスタット設置場所の冷却液温度が暖機完了温度（例えば８０℃〜９０℃、好ましくは８２℃）Ｔｈ未満になると、サーモワックスが凝固収縮してワックス圧が低くなるので、弁体が自動的に閉側になってラジエータ通路２２からウォータポンプ４への冷却液流通を少なくするが、サーモスタット７の設置場所の冷却液温度が暖機完了温度Ｔｈ以上になると、サーモワックスが溶融膨張されてワックス圧が高くなるので、前記弁体が自動的に全開になってラジエータ通路２２からウォータポンプ４への冷却液流通を許容する。要するに、このサーモスタット７の開弁温度は前記暖機完了温度Ｔｈに基づいて設定される。
【００３６】
補機通路２３は、シリンダブロック１１のブロック側ウォータジャケット１３の途中と循環通路２１に対するラジエータ通路２２の下流側接続部分よりも上流側とに接続されている。この補機通路２３は、上流側で二股に分岐して下流側で合流しており、一方分岐路２３ａにはＥＧＲクーラ８、ＥＧＲバルブ９が設けられており、他方分岐路２３ｂにはオイルクーラ１０が設置されている。
【００３７】
このＥＧＲクーラ８およびＥＧＲバルブ９は、エンジン１から排出される排気の一部をエンジン１の吸気系（図示省略）に戻すことによりＮＯｘの発生を抑制するためのＥＧＲシステムに備えられるものである。ＥＧＲクーラ８は、前記吸気系に戻す排気の熱を吸収して当該排気を冷却するための熱交換器であり、前記した補機通路２３の一方分岐路２３ａを流通する冷却液との間で熱交換することが可能な状態で設置されている。ＥＧＲバルブ９は、エンジン１の吸気通路に還流するＥＧＲ量を調整するものである。オイルクーラ１０はエンジン１から取り出されるオイルと前記した補機通路２３の他方分岐路２３ｂを流通する冷却液との間で熱交換するものである。
【００３８】
さらに、循環通路２１、ラジエータ通路２２、補機通路２３には、４つのバルブ３１〜３４が設けられている。
【００３９】
具体的に、第１バルブ３１は、循環通路２１においてブロック側ウォータジャケット１３の導入口１５寄りに設置されており、第２バルブ３２は、循環通路２１においてヘッド側ウォータジャケット１４の排出口１６寄りに設置されている。第３バルブ３３は、ラジエータ通路２２においてラジエータ６とリザーブタンク１７との間に設置されており、第４バルブ３４は、補機通路２３において循環通路２１との下流側接続部分寄りに設置されている。
【００４０】
これら４つのバルブ３１〜３４をすべて閉じると、内部通路（１３，１４）を閉空間とすることができる。また、第３バルブ３３を閉じると、ラジエータ通路２２に冷却液が流通できない状態になり、さらに、第４バルブ３４を閉じると、補機通路２３に冷却液が流通できない状態になる。
【００４１】
この実施形態では、第１〜第４バルブ３１〜３４は、例えば電磁弁とされていて、制御装置１００で個別に開閉されるように構成されている。但し、例えば第２〜第４バルブ３２〜３４の３つについては、図示していないが、単一の切り換え機構を用いることにより個別に開閉されるように構成することが可能である。
【００４２】
このようなエンジン１の各種動作や温度管理は、制御装置１００により制御される。この制御装置１００は、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）であり、詳細に図示していないが、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、ならびにバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリ）などを備える公知の構成とされる。
【００４３】
ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、エンジン１の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。
【００４４】
この実施形態では、シリンダヘッド１２の排出口１６付近に、冷却液の温度を検出するための温度センサ２５と、冷却液の圧力を検出するための圧力センサ２６とが設けられている。
【００４５】
この温度センサ２５は冷却液の温度に対応する信号を出力して制御装置１００に入力し、また、圧力センサ２６は冷却液の圧力に対応する信号を出力して制御装置１００に入力する。そして、制御装置１００は、温度センサ２５の出力信号の入力に基づいて冷却液の温度Ｔｃを認識し、圧力センサ２６の出力信号の入力に基づいて内部通路（１３，１４）の冷却液の圧力と圧力変動の周波数とを認識するとともに、前記認識した圧力と圧力変動の周波数とを予め作成している沸騰判定用のマップに照合することにより内部通路（１３，１４）における冷却液の沸騰（この実施形態では核沸騰）の有無を検知するようにしている。
【００４６】
なお、前記沸騰の状態としては核沸騰や膜沸騰がある。なお、核沸騰は発泡点を核として気泡が発生してゆくユニットであり、比較的小さな気泡が発生する。一方、膜沸騰は、核沸騰の状態から温度が上昇して気泡の数が増し、その気泡が合体して局所的に伝熱面を覆う蒸気膜が形成されるユニットであり、比較的大きな気泡が発生する。
【００４７】
この点を考慮し、前記マップについては適宜の実験結果に基づいて沸騰の状態が核沸騰であるのか膜沸騰であるのかを識別可能となるように作成される。参考までに、内部通路（１３，１４）を閉空間とした状態で冷却液が核沸騰または膜沸騰するときの冷却液の圧力変化を図５に示している。図５の期間Ａに示すように圧力がほぼ一定であるものの圧力が短時間で大きく変動するような場合は沸騰していない状態を示しており、図５の期間Ｂに示すように圧力がほぼ一定であるものの圧力変動の振幅が小さくなるような場合は核沸騰している状態を示しており、さらに図５の期間Ｃに示すように圧力が時間経過に伴い漸増するような場合は膜沸騰している状態を示している。このデータを利用して前記マップが作成される。
【００４８】
この制御装置１００は、例えばエンジン１の運転に関する各種制御を実行する他、下記するようなエンジン１の温度調整制御を実行する。
【００４９】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、制御装置１００によるエンジン１の温度調整制御を説明する。
【００５０】
エンジン１が始動されると、制御装置１００が図４に示すフローチャートの処理を実行開始する。まず、ステップＳ１においてエンジン１が冷間始動されたのかどうかを調べる。つまり、このステップＳ１では、温度センサ２５からの出力信号の入力に基づいてシリンダヘッド１２の排出口１６から排出される冷却液の温度Ｔｃを検出し、この検出値Ｔｃが暖機完了温度Ｔｈ未満か否かを判定する。
【００５１】
ここで、Ｔｃ≧Ｔｈの場合つまり冷間始動でない場合には前記ステップＳ１で否定判定し、このフローチャートを抜ける。しかし、Ｔｃ＜Ｔｈの場合つまり冷間始動である場合には前記ステップＳ１で肯定判定し、続くステップＳ２に移行する。
【００５２】
このステップＳ２では４つのバルブ３１〜３４をすべて閉じる。この場合、エンジン１の内部通路（１３，１４）と外部通路（２１〜２３）とが非連通状態になって、内部通路（１３，１４）が完全な閉空間になる。このようにバルブ３１〜３４を閉じている場合、ウォータポンプ４がエンジン１の始動によって駆動されていても、冷却液が内部通路（１３，１４）と外部通路（２１〜２３）との間で物理的に循環できなくなっているので、ウォータポンプ４が空転することになる。
【００５３】
続くステップＳ３ではエンジン１の内部通路（１３，１４）における冷却液が核沸騰しているか否かを判定する。ここでは、圧力センサ２６からの出力信号の入力に基づいて前記完全な閉空間とされた内部通路（１３，１４）における実際の冷却液の圧力と当該圧力変動の周波数とを認識し、この認識結果を前記沸騰判定用のマップに照合することにより冷却液が核沸騰しているか否かを判定する。
【００５４】
このとき、前記閉空間の容積は、冷却液循環経路全体（内部通路（１３，１４）と外部通路（２１〜２３）とを連通している状態）の総容積に対して約１／３程度と格段に小さい。但し、前記総容積および閉空間の容積は、エンジン１の排気量やエンジン１に付設される補機の種類や数などに応じて適宜変動する。そのため、当該小容積の閉空間における冷却液の温度上昇ならびに圧力上昇は前記冷却液循環経路全体における冷却液の温度上昇ならびに圧力上昇に比べると格段に速くなり、しかも、前記閉空間における圧力変動幅は当然ながら前記冷却液循環経路全体における圧力変動幅に比べると格段に大きくなる。
【００５５】
このような比較的小容積の閉空間における冷却液の圧力を圧力センサ２６で検出し、この圧力センサ２６の出力信号に基づいて内部通路（１３，１４）の冷却液の核沸騰を検知するようにしているので、圧力変動とノイズ成分との識別が容易になり、それに伴い実際の認識結果を前記マップに照合して冷却液の核沸騰の有無を判定するときの判定精度が向上するようになる。したがって、内部通路（１３，１４）における冷却液の核沸騰を迅速かつ正確に検知することが可能になる。
【００５６】
ここで、内部通路（１３，１４）における冷却液が核沸騰していない場合つまり前記ステップＳ３で否定判定した場合には、前記ステップＳ３に戻って前記冷却液が核沸騰するのを待つ。そして、内部通路（１３，１４）における冷却液が核沸騰した場合つまり前記ステップＳ３で肯定判定した場合には、続くステップＳ４に移行する。
【００５７】
このステップＳ４では、バルブ３１，３２，３４を開く。これにより、内部通路（１３，１４）と循環通路２１および補機通路２３とが連通されることになるので、冷却液がラジエータ６を通過しない状態で循環されるようになり、この循環する冷却液の温度が徐々に上昇するようになる。
【００５８】
次に、ステップＳ５において、シリンダヘッド１２の排出口１６から排出される冷却液の温度Ｔｃが暖機完了温度Ｔｈ以上であるか否かを判定する。ここでは、温度センサ２５からの出力信号の入力に基づいて前記冷却液温度Ｔｃを検出し、この検出値Ｔｃと暖機完了温度Ｔｈとを比較することにより判定することができる。
【００５９】
ここで、Ｔｃ＜Ｔｈの場合つまり暖機が完了していない場合には前記ステップＳ５で否定判定し、前記ステップＳ５に戻る。つまり冷却液を内部通路（１３，１４）と循環通路２１および補機通路２３との間で循環させる状態を継続することにより、冷却液温度Ｔｃを上昇させる。そして、Ｔｃ≧Ｔｈになって暖機が完了すると前記ステップＳ５で肯定判定し、続くステップＳ６に移行する。
【００６０】
このステップＳ６では第３バルブ３３を開く。これにより、シリンダヘッド１２の排出口１６から循環通路２１に排出された冷却液がラジエータ通路２２にも流通されるようになってラジエータ６を通過してから、サーモスタット７を介して循環通路２１に戻されるようになる。この状態での冷却液循環過程では、シリンダヘッド１２およびシリンダブロック１１の熱を冷却液が回収してラジエータ６により大気に発散されることになるので、循環させられている冷却液の温度が暖機完了温度Ｔｈに保たれるようになる。
【００６１】
この後、前記ステップＳ１に戻ることにより、エンジン１および冷却液の温度が一定に調整される。
【００６２】
以上説明したように本発明を適用した実施形態では、エンジン１の内部通路（ブロック側ウォータジャケット１３、ヘッド側ウォータジャケット１４）と外部通路（循環通路２１、ラジエータ通路２２、補機通路２３）とを閉ループとしてウォータポンプ４により冷却液を循環可能にしたエンジン１において、暖機中にエンジン１の内部通路（１３，１４）で冷却液が核沸騰したときに当該核沸騰を迅速かつ正確に検知することが可能になり、さらにエンジン１の暖機を均一に温度管理しながら速やかに完了することが可能になる。
【００６３】
特に、この実施形態では、前記核沸騰を検知した後で、例えばステップＳ４でバルブ３１，３２，３４を開いて内部通路（１３，１４）と外部通路（２１〜２３）とを連通させることにより冷却液の温度や圧力の上昇を抑えるように対処しているから、前記閉空間つまり内部通路（１３，１４）で膜沸騰を発生させないようにすることが可能になる。ちなみに、前記閉空間で膜沸騰が発生するとエンジン１に過剰な熱負荷を与えることになるので、前記閉空間で核沸騰が発生する程度にとどめるとエンジン１に過剰な熱負荷を与えずに済むようになる。したがって、前記のように対処した場合には、エンジン１の冷間始動時に前記閉空間にしている時間（冷却液の循環停止時間）を、エンジン１に過剰な熱負荷を与えない範囲で最大限に長くすることが可能になるので、核沸騰領域でエンジン１から冷却液への熱伝達率を上昇させることが可能になる。その結果、暖機時間を可及的に短縮することが可能になって燃費向上に貢献できるようになるという効果が得られる。
【００６４】
しかも、エンジン１の内部通路（１３，１４）を閉空間とするにあたって、循環通路２１においてシリンダヘッド１２の排出口１６寄りと導入口１５寄りとに第１、第２バルブ３１，３２を設置しているだけであるから、エンジン冷却装置の設備コストを抑制するうえで有利になる。なお、この実施形態のように外部通路としてラジエータ通路２２および補機通路２３を備える場合にはさらに第３バルブ３３と第４バルブ３４とを設置しているが、いずれにしても、前記４つのバルブ３１〜３４は市販の汎用品を流用できるので、エンジン冷却装置を比較的簡素かつ安価に構成することができる。したがって、エンジン冷却装置を比較的安価に構成することができるとともに、暖機を均一に温度管理しながら速やかに完了できるようになって、エンジン１の燃費改善に貢献できるようになる。
【００６５】
以上説明した実施形態に記載している構成要素と請求項に記載している構成要素との対応関係を説明する。図４に示すフローチャートの各ステップは制御装置１００による機能実現手段であるから、請求項に記載の準備手段は図４のステップＳ１，Ｓ２に相当し、請求項に記載の沸騰判定手段は図４のステップＳ３に相当し、請求項に記載の対処手段は図４のステップＳ４に相当する。
【００６６】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。
【００６７】
（１）上記実施形態では、４つのバルブ３１〜３４を設置した例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記実施形態において循環通路２１に設置している第１バルブ３１を無くすことが可能である。その場合、エンジン１の冷間始動時に第２〜第４バルブ３２〜３４を閉じればウォータポンプ４が駆動されていても空転することになるので、第２〜第４バルブ３２〜３４を閉じることによって内部通路（１３，１４）を閉空間にすることが可能になるのである。
【００６８】
（２）上記実施形態では、機械式のウォータポンプ４を用いた例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電動式のウォータポンプとすることも可能である。この場合も上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００６９】
（３）上記実施形態では、外部通路として循環通路２１とラジエータ通路２２と補機通路２３とを備えるようにした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば補機通路２３は無くすことが可能である。
【００７０】
（４）上記実施形態では、検知対象となる沸騰の状態として核沸騰にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば検知対象となる沸騰の状態を膜沸騰とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、エンジンの内部通路と外部通路とを閉ループとしてウォータポンプにより冷却液を循環可能にしたエンジン冷却装置に好適に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  エンジン
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１３  ブロック側ウォータジャケット（内部通路）
１４  ヘッド側ウォータジャケット（内部通路）
１５  ブロック側ウォータジャケットの導入口
１６  ヘッド側ウォータジャケットの排出口
４  ウォータポンプ
５  ヒータコア
６  ラジエータ
７  サーモスタット
２１  循環通路（外部通路）
２２  ラジエータ通路（外部通路）
２３  補機通路（外部通路）
２５  温度センサ
２６  圧力センサ
３１  第１バルブ
３２  第２バルブ
３３  第３バルブ
３４  第４バルブ
１００  制御装置
【図１】
2012215141.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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