(57)【要約】【課題】クランクケース内で発生した結露に対処できる内燃機関の冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１Ａは、シリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水を導く状態と、シリンダヘッド２ａに限定して冷却水を導く状態とを切り替え可能であり、冷却水温が所定温度以下の場合にシリンダヘッド２ａに限定して冷却水を導く状態に制御する。冷却装置１Ａは、クランクケース１ｃ内で結露した結露水の水量を取得し、冷却水温が所定温度以下で、かつ結露水の水量が所定水量以上の場合に、シリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水を導く状態に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド及びシリンダブロックの両方に冷却水を導く状態と、前記シリンダヘッドに限定して冷却水を導く状態とを切り替え可能であり、冷却水温が所定温度以下の場合に前記シリンダヘッドに限定して冷却水を導く状態に制御する内燃機関の冷却装置において、
クランクケース内で結露した結露水の水量を取得する取得手段と、
前記冷却水温が前記所定温度以下で、かつ前記取得手段が取得した結露水の水量が所定水量以上の場合に、前記シリンダヘッド及び前記シリンダブロックの両方に冷却水を導く状態に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に冷却水を導く状態を切り替え可能な冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷却装置として、シリンダヘッド内の水温が所定温度以下の場合はシリンダヘッドのみに冷却水を通水することにより、冷却水をシリンダヘッドで温めて暖機時間を短縮したものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５２８２９７号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の冷却装置は、冷却水の水温が所定温度よりも高くなるまではシリンダブロックへ冷却水が供給されないので、クランクケースを暖めることができない。そのため、クランクケース内で結露が発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、クランクケース内で発生した結露に対処できる内燃機関の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の冷却装置は、シリンダヘッド及びシリンダブロックの両方に冷却水を導く状態と、前記シリンダヘッドに限定して冷却水を導く状態とを切り替え可能であり、冷却水温が所定温度以下の場合に前記シリンダヘッドに限定して冷却水を導く状態に制御する内燃機関の冷却装置において、クランクケース内で結露した結露水の水量を取得する取得手段と、前記冷却水温が前記所定温度以下で、かつ前記取得手段が取得した結露水の水量が所定水量以上の場合に、前記シリンダヘッド及び前記シリンダブロックの両方に冷却水を導く状態に制御する制御手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の冷却装置によれば、クランクケース内の結露水の水量が所定水量以上の場合には、冷却水温が所定温度以下の場合であってもシリンダヘッド及びシリンダブロックの両方に冷却水が導かれる。これにより、クランクケースを冷却水で暖めることができ、クランクケース内の結露水を蒸発させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の形態に係る冷却装置の構成を模式的に示した図。
【図２】第１の通水状態を示した図。
【図３】第２の通水状態を示した図。
【図４】本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５】図４の制御ルーチンのサブルーチンを示した図。
【図６】結露水の増加量を算出するための算出マップの一例を示した図。
【図７】結露水の減少量を算出するための算出マップの一例を示した図。
【図８】本発明の第２の形態に係る冷却装置の構成を模式的に示した図。
【図９】冷却水温がサーモバルブの開弁温度以下で、かつ冷却水の流量が通常時の場合における冷却水の通水状態を示した図。
【図１０】冷却水温がサーモバルブの開弁温度を超え、かつ冷却水の流量が通常時の場合における冷却水の通水状態を示した図。
【図１１】冷却水温がサーモバルブの開弁温度以下で、かつ冷却水の流量が増量時の場合における冷却水の通水状態を示した図。
【図１２】第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１３】冷却水の流量を算出するための算出マップの一例を示した図。
【図１４】冷却水の流量を算出するための算出マップの他の例を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の形態）
図１に示すように、冷却装置１Ａは、内燃機関２が搭載されたハイブリッド車両（不図示）に適用される。冷却装置１Ａは冷却水を循環させる循環回路３を備えている。循環回路３には冷却水を圧送する電動式のウォータポンプ５が設けられている。ウォータポンプ５にて圧送された冷却水は、循環回路３を循環することにより、シリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂを含む機関本体、内燃機関２の各部や補機類並びに車両に搭載される駆動系や空気調和装置等に導かれる。
【００１０】
ウォータポンプ５の下流には制御バルブ６が隣接して設けられている。制御バルブ６は冷却水の流量を調整できるとともに冷却水の経路を変更する機能を持つ。制御バルブ６の下流の循環回路３は３つの経路７、８、９に分岐している。第１経路７はシリンダヘッド２ａに限定して冷却水を導く。第２経路８はシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水を導いてシリンダヘッド２ａ内で第１経路７に合流する。第３経路９は内燃機関２の排気熱を回収する排気熱回収器１０に冷却水を導く。制御バルブ６は電磁駆動バルブとして構成されており、第１経路７及び第３経路９を開通し第２経路８を閉鎖する図２に示した第１の通水状態と、第１経路７、第２経路８及び第３経路９のいずれも開通する図３に示した第２の通水状態との間で経路を切り替えることができる。冷却装置１Ａは、冷却水温が所定温度以下の場合には第１の通水状態に制御し、冷却水をシリンダヘッド２ａに限定して導くことにより暖機時間を短縮できる。冷却装置１Ａが実施する制御の詳細は後述する。
【００１１】
シリンダヘッド２ａの下流側の循環回路３にはヒートポンプ１５及びヒータ１６が設けられている。また、循環回路３からは複数の分岐回路１７、１８、１９が分岐している。第１分岐回路１７はシリンダヘッド２ａ内の循環回路３から分岐していて、その第１分岐回路１７にはラジエータ２０が設けられている。第１分岐回路１７はサーモスタット２１を介してウォータポンプ５の上流で循環回路３に合流している。したがって、循環回路３の冷却水温がサーモスタット２１の開弁温度に到達すると、サーモスタット２１にて第１分岐回路１７が開通することによって循環回路３の冷却水が第１分岐回路１７に導かれてラジエータ２１にて冷却される。第２分岐回路１８はシリンダヘッド２ａの出口付近の循環回路３から分岐しており、ＥＧＲクーラ２５、ＥＧＲバルブ２６及びハイブリッドトランスアクスル２７に冷却水を導いて循環回路３に合流する。第３分岐回路１９はヒートポンプ１５の上流で分岐しスロットルボディ２８に冷却水を導いて循環回路３に合流する。
【００１２】
冷却装置１Ａには、ウォータポンプ５及び制御バルブ６の各制御を行うための制御装置３０が設けられている。制御装置３０はコンピュータとして構成されている。制御装置３０は内燃機関２の制御を行うためのエンジンコントロールユニットと兼用されていてもよい。制御装置３０には各種のセンサからの情報が入力され、これらのセンサからの情報を利用して冷却装置１Ａの各部の制御を実施する。冷却装置１Ａに設けられるセンサとしては、循環回路３の冷却水温に応じた信号を出力する水温センサ３１、シリンダブロック２ｂの一部に設けられたクランクケース２ｃの内部の温度に応じた信号を出力する温度センサ３２、内燃機関２の吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ３３が設けられている。
【００１３】
次に、図４及び図５を参照しながら、制御装置３０が実施する制御について説明する。図４及び図５の制御ルーチンのプログラムは制御装置３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００１４】
ステップＳ１において、制御装置３０はシリンダヘッド２ａ側の循環回路３に設けられた水温センサ３１の信号を参照して冷却水温を取得する。ステップＳ２において、制御装置３０はクランクケース２ｃ内の結露水の水量Ｑｗを取得する。
【００１５】
図５に示したように、制御装置３０はステップＳ２１において、車両のトリップが開始したか否かを判定する。トリップが開始した場合はステップＳ２２に進み、そうでない場合はステップＳ２４に進む。
【００１６】
ステップＳ２２において、制御装置３０は前回のトリップ時に記憶した結露水量Ｑｗを読み出す。そして、ステップ２３において、制御装置３０は同じ結露水量Ｑｗを今回のトリップの値として記憶する。
【００１７】
ステップＳ２４において、制御装置３０はクランクケース２ｃ内の温度Ｔｃを温度センサ３２の信号を参照して取得する。ステップＳ２５において、制御装置３０はクランクケース２ｃの温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔ以下か否かを判定する。この所定温度Ｔｃｔはクランクケース２ｃに結露が生じる露点温度等に基づいて適宜設定される。
【００１８】
クランクケース２ｃ内の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔ以下の場合は結露の進行が予測される。そこで、ステップＳ２６において、制御装置３０は結露水量Ｑｗの増加量Δｉを算出し、その増加量Δｉを前回値に加算することにより、今回の結露水量Ｑｗを算出する。例えば、この増加量Δｉは、図６に示したような算出マップを制御装置３０が参照し、内燃機関２の吸入空気量とクランクケース２ｃ内の温度Ｔｃとに対応する値を検索することによって算出される。図６に示したように、増加量Δｉは吸入空気量が多いほど、クランクケース２ｃ内の温度Ｔｃが低いほど、多くなるように算出される。
【００１９】
一方、クランクケース２ｃ内の温度Ｔｃが所定温度Ｔｃｔよりも高い場合は結露が進行せずに結露水が蒸発することが予測される。そこで、ステップＳ２７において、制御装置３０は結露水量Ｑｗの減少量Δｄを算出し、この減少量Δｄを前回値から減算することにより、今回の結露水量Ｑｗを算出する。例えば、この減少量Δｄは、図７に示したような算出マップを制御装置３０が参照し、クランクケース２ｃ内の温度Ｔｃに対応する値を検索することによって算出される。図７に示したように、減少量Δｄはクランクケース２ｃ内の温度Ｔｃが高いほど多くなるように算出される。
【００２０】
図４に戻り、ステップＳ３において、制御装置３０は冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ以下か否かを判定する。所定温度Ｔｗｔは例えば暖機完了の判定温度として設定されてもよい。つまり、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ以下の場合は暖機未了の状態を意味する。冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ以下の場合はステップＳ４に進む。そうでない場合は暖機を促進する必要がないためステップＳ５に進む。
【００２１】
ステップＳ４において、制御装置３０はステップＳ２で取得した結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上か否かを判定する。この所定水量Ｑｗｔは結露水量Ｑｗの許容範囲の上限値として設定されてもよい。結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上の場合は、クランクケース２ｃを暖めて結露水を蒸発させる必要がある。そこで、ステップＳ５において、制御装置３０は、冷却水の通水状態がシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれる第２の通水状態（図３参照）に制御されるように制御バルブ６を操作する。
【００２２】
一方、結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ未満の場合は、結露水量Ｑｗを減少させる必要はなく、暖機を促進すべきである。そこで、ステップＳ６において、制御装置３０は冷却水の通水状態がシリンダヘッド２ａに限定して冷却水が導かれる第１の通水状態（図２参照）制御されるように制御バルブ６を操作する。
【００２３】
図４及び図５の制御ルーチンによれば、冷却水温Ｔｗが所定温度以下の場合には、原則として第１の通水状態に制御されてシリンダヘッド２ａに限定して冷却水が導かれるので暖機時間を短縮できる。また、結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上の場合には冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔ以下の場合であっても第２の通水状態に制御されてシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれる。これにより、クランクケース２ｃを冷却水で暖めることができ、クランクケース２ｃ内の結露水を蒸発させることができる。制御装置３０は、図４の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る制御手段として機能し、図４のステップＳ２及び図５の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る取得手段として機能する。
【００２４】
（第２の形態）
次に、図８〜図１４を参照しながら本発明に係る第２の形態について説明する。第２の形態の冷却装置１Ｂは、冷却回路の構成、特にシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂに形成される冷却回路の構成が第１の形態と異なり、かつその冷却回路の構成に応じた制御内容が第１の形態と異なる。その他の構成は基本的に第１の形態と同じであるので、共通の構成には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。
【００２５】
図８に示したように、冷却装置１Ｂの循環回路３には、第１の形態の制御バルブ６の代わりに、冷却水温に応じて開閉動作するサーモバルブ４０が設けられている。循環回路３はサーモバルブ４０の下流で２つの経路４１、４２に分岐している。第１経路４１は第１の形態の第１経路７と同様にシリンダヘッド２ａに限定して冷却水を導く。第２経路４２は、不図示の複数のシリンダボアの周囲に設けられた複数の枝路４２ａを含み、各枝路４２ａは第１経路４１に合流している。
【００２６】
図９に示すように、冷却水温がサーモバルブ４０の開弁温度以下の場合は第２経路４２が閉鎖されるため、冷却水が通常の流量で流れる場合には、シリンダヘッド２ａに限定して冷却水が導かれる。また、図１０に示すように、冷却水温がサーモバルブ４０の開弁温度を超える場合は第２経路４２が開通するため、各枝路４２ａに冷却水が導かれることによってシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれる。
【００２７】
図１１に示した場合は、冷却水温がサーモバルブ４０の開弁温度以下で、かつ冷却水の流量を通常時よりも増加した場合である。この場合には、第１経路４１の入口と出口との間の圧力差が通常時よりも大きくなるため、閉鎖された第２経路４２内の冷却水に図１１の矢印で示す流れが生じる。その結果としてシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれることになる。第２の形態はこのような冷却回路の特性を利用し、冷却水温がサーモバルブ４０の開弁温度以下の低い場合であっても冷却水の流量を増加させることによって、シリンダブロック２ｂにも冷却水を導いてクランクケース２ｃ内の結露水を蒸発させる点に特徴がある。この形態においては、サーモバルブ４０の開弁温度が本発明に係る所定温度に相当する。
【００２８】
次に、図１２〜図１４を参照して制御装置３０が実施する第２の形態に係る制御について説明する。図１２の制御ルーチンのプログラムは制御装置３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
【００２９】
ステップＳ１０１において、制御装置３０はシリンダヘッド２ａ側の循環回路３に設けられた水温センサ３１の信号を参照して冷却水温を取得する。ステップＳ１０２において、制御装置３０はクランクケース２ｃ内の結露水の水量Ｑｗを取得する。ステップＳ１０２で定義された処理は第１の形態で説明した図５のサブルーチンと同じである。
【００３０】
ステップＳ１０３において、制御装置３０は冷却水温Ｔｗがサーモバルブ４０の開弁温度以下か否かを判定する。つまり、冷却水がシリンダヘッド２ａに限定して導入されている状態か否かを判定する（図９参照）。
【００３１】
ステップＳ１０４において、制御装置３０はステップＳ１０２で取得した結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上か否かを判定する。この所定水量Ｑｗｔは結露水量Ｑｗの許容範囲の上限値として設定されてもよい。結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上の場合は、クランクケース２ｃを暖めて結露水を蒸発させる必要がある。そこで、ステップＳ１０５において、制御装置３０は、冷却水の流量が通常時よりも増加するようにウォータポンプ５を制御する。これにより、通水状態がシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれる状態に制御される（図１１参照）。
【００３２】
一方、結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ未満の場合は、結露水量Ｑｗを減少させる必要はなく、暖機を促進すべきである。そこで、ステップＳ１０６において、制御装置３０は冷却水の流量が通常時の流量となるようにウォータポンプ５を制御する。
【００３３】
ステップＳ１０５及びステップＳ１０６における冷却水の流量は、例えば図１３に示したように内燃機関２のエンジン回転数に応じて流量を与える算出マップに基づいて算出することができる。図１３に示したように、冷却水の流量はエンジン回転数が高いほど通常時及び増加時にそれぞれで大きな値となるように算出される。なお、図１４に示したように、エンジン回転数の代りにエンジントルクに基づいて冷却水の流量を算出することもできる。図１４の算出マップは、エンジントルクが高いほど、通常時及び増加時のそれぞれで大きな流量となるように設定されている。
【００３４】
図１２の制御ルーチンによれば、サーモバルブ４０の開弁温度以下の場合には原則としてシリンダヘッド２ａに限定して冷却水が導かれるので暖機時間を短縮できる。また、結露水量Ｑｗが所定水量Ｑｗｔ以上の場合には冷却水温Ｔｗが開弁温度以下の場合であってもシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水が導かれる。これにより、クランクケース２ｃを冷却水で暖めることができ、クランクケース２ｃ内の結露水を蒸発させることができる。制御装置３０は、図１２の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る制御手段として機能し、図１２のステップＳ１０２及び図５の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る取得手段として機能する。
【００３５】
冷却装置１Ｂは、冷却水の流量を増加させるだけで、開弁温度以下の状態でもシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２ｂの両方に冷却水を導くことができるので、第１の形態の制御バルブ６のように経路を切り替える部品が不要となる利点がある。
【００３６】
本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では、クランクケース内の結露水の水量をクランクケース内の温度及び吸入空気量に基づいて算出しているが、結露水の水量の取得方法に格別の制限はない。例えば、結露水の水量は、冷却水温又は潤滑油温の上昇頻度が一定頻度以下である等の内燃機関の運転履歴から取得することもできる。また、クランクケース（オイルパン）内にオイルレベルセンサを備えている内燃機関の場合には、オイルレベルの上昇量に基づいて結露水の水量を取得することもできる。
【００３７】
上記各形態はハイブリッド車両に搭載された内燃機関に適用されたものであるが、コンベンショナルエンジンに適用して本発明を実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ、１Ｂ  冷却装置
２  内燃機関
２ａ  シリンダヘッド
２ｂ  シリンダブロック
２ｃ  クランクケース
３０  制御装置（制御手段、取得手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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