JP2019065804A - 内燃機関の保温制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を適切に保温することができる内燃機関の保温制御装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＵは、サーモスタットが閉弁しており（ステップＳ１でＹＥＳ）、かつ、内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止する（ステップＳ３）。ＥＣＵは、サーモスタットが閉弁しており、かつ、燃料噴射量に基づいて決定した内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的にする。ＥＣＵは、サーモスタットが閉弁しており、かつ、直前の所定期間における内燃機関の発熱量の積算値が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止する。サーモスタットは、冷却水の温度に応じて開閉する感熱式サーモスタットである。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の保温制御装置に関する。

従来の内燃機関にあっては、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させることで、内燃機関の温度を適温に保つようにしている。この種の技術として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載のものは、冷却用媒体の温度が急加熱条件を満たすと、サーモスタットに流入する冷却用媒体の流量を増加させるように電動式ポンプの作動を制御している。

また、特許文献１に記載のものは、冷却用媒体の単位時間当たりの温度変化が設定上昇率以上になった場合、または、冷却用媒体の温度が設定温度以上になり、且つ、冷却用媒体の単位時間当たりの温度変化が設定上昇率以上になった場合に、急加熱条件が成立したと判断している。

特開２００８−２４０６８６号公報

ここで、冷却水の循環量の制御は、内燃機関が過熱状態になることを防止するためだけでなく、内燃機関が過冷却状態にならないように保温するためにも行われる。内燃機関の保温が適切に行われない場合、過冷却による冷却損失の増加により燃費が悪化する等の問題を引き起こす。

しかしながら、特許文献１に記載のものは、内燃機関の温度が適温を下回らないように保温することを考慮していないため、内燃機関が過冷却になるおそれがあった。また、特許文献１に記載のものは、冷却水（冷却用媒体）の温度変化に基づいて電動式ポンプの作動を制御しているため、制御に遅れが発生するおそれがあった。すなわち、温度センサ等の設置位置で実際に冷却水の温度変化が検出されるまでは電動ポンプの制御量を変更することができない。このため、特許文献１に記載のものは、制御の遅れにより内燃機関が過冷却になるおそれがあった。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、内燃機関を適切に保温することができる内燃機関の保温制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、冷却水の熱を放熱させるラジエータと、前記ラジエータと内燃機関との間で冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、前記ラジエータと前記内燃機関との間で循環する冷却水の通水量を調整するサーモスタットと、前記電動ウォータポンプを制御する制御部と、を備える内燃機関の保温制御装置であって、前記制御部は、前記サーモスタットが閉弁しており、かつ、前記内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合、前記電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関を適切に保温することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の保温制御装置の、サーモスタットの閉弁時の状態を示す構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の保温制御装置の、サーモスタットの開弁時の状態を示す構成図である。 図３は、本発明の一実施例に係る内燃機関の保温制御装置による内燃機関の保温制御動作を説明するフローチャートである。 図４は、図３のステップＳ２の詳細を説明するフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の保温制御装置は、冷却水の熱を放熱させるラジエータと、ラジエータと内燃機関との間で冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、ラジエータと内燃機関との間で循環する冷却水の通水量を調整するサーモスタットと、電動ウォータポンプを制御する制御部と、を備える内燃機関の保温制御装置であって、制御部は、サーモスタットが閉弁しており、かつ、内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止することを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の保温制御装置は、内燃機関を適切に保温することができる。

以下、本発明の一実施例に係る内燃機関の保温制御装置について図面を用いて説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の保温制御装置を搭載した車両１０は、内燃機関４と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５とを含んで構成されている。

内燃機関４は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルエンジンによって構成されている。

内燃機関４の内部には、冷却水が流通する図示しないウォータジャケットおよびウォータギャラリが設けられている。内燃機関４には、送り側冷却水配管９Ａおよび戻り側冷却水配管９Ｂを介してラジエータ３が接続されている。冷却水は内燃機関４とラジエータ３を循環する。ラジエータ３は冷却水の熱を放熱させる。

送り側冷却水配管９Ａは、内燃機関４の冷却水出口部４Ａとラジエータ３とに連結されており、内燃機関４の内部を通過して高温になった冷却水を冷却水出口部４Ａから導入し、ラジエータ３に送っている。

戻り側冷却水配管９Ｂは、内燃機関４の冷却水入口部４Ｂに連結されており、ラジエータ３の内部を通過して冷却された冷却水を冷却水入口部４Ｂに戻している。

内燃機関４には電動ウォータポンプ２が設けられており、電動ウォータポンプ２は、内燃機関４の冷却水入口部４Ｂから冷却水出口部４Ａに向かって冷却水を圧送する。電動ウォータポンプ２は、後述するサーモスタット１の開弁時には、ラジエータ３と内燃機関４との間で冷却水を循環させる。電動ウォータポンプ２はＥＣＵ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５によって制御される。

冷却水出口部４Ａにはサーモスタット１が設けられている。サーモスタット１は、冷却水の温度に応じて開閉する感熱式サーモスタットからなり、ラジエータ３と内燃機関４との間で循環する冷却水の通水量（流量）を調整する。サーモスタット１は、その内部に封入されたワックスが熱により膨張することで開弁するようになっている。

内燃機関４には図示しないターボチャージャとインタクーラ６とが設けられている。ターボチャージャは、内燃機関４から排出される排気ガスを利用して吸気を圧縮する。インタクーラ６は、ターボチャージャにより圧縮された際に昇温した吸気を冷却する。インタクーラ６は、冷却水が流通する送り側バイパス配管６Ａおよび戻り側バイパス配管６Ｂを介して内燃機関４に接続されている。送り側バイパス配管６Ａは、サーモスタット１を迂回するように内燃機関４に連結されている。戻り側バイパス配管６Ｂは戻り側冷却水配管９Ｂに連結されている。

内燃機関４にはヒータコア７が設けられており、ヒータコア７は、内燃機関４の熱を利用して暖房の暖気を作る。ヒータコア７は、冷却水が流通する送り側バイパス配管７Ａおよび戻り側バイパス配管７Ｂを介して内燃機関４に接続されている。送り側バイパス配管７Ａは、サーモスタット１を迂回するように冷却水出口部４Ａに連結されている。戻り側バイパス配管７Ｂは戻り側冷却水配管９Ｂに連結されている。

内燃機関４にはＡＴオイルクーラ８が設けられており、ＡＴオイルクーラ８は、図示しない自動変速機（ＡＴ）のオイルを冷却する。ＡＴオイルクーラ８は、冷却水が流通する送り側バイパス配管８Ａおよび戻り側バイパス配管８Ｂを介して内燃機関４に接続されている。送り側バイパス配管８Ａは、サーモスタット１を迂回するように冷却水出口部４Ａに連結されている。戻り側バイパス配管８Ｂは戻り側冷却水配管９Ｂに連結されている。

このような内燃機関４において、冷却水の温度がサーモスタット１の開弁温度未満の場合、サーモスタット１が閉弁する。これにより、冷却水は、図１に示すように、内燃機関４とインタクーラ６の間、および内燃機関４とヒータコア７の間、および内燃機関４とＡＴオイルクーラ８との間で循環する。一方、冷却水の温度がサーモスタット１の開弁温度以上の場合、サーモスタット１が開弁する。これにより、冷却水は、図２に示すように、さらに内燃機関４とラジエータ３との間を循環する。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、内燃機関４の運転状態および電動ウォータポンプ２の作動状態を電気的に制御するようになっている。

ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

ここで、内燃機関４の温度が適正範囲より低下すると冷却損失が増えて燃費も悪化してしまうため、電動ウォータポンプ２を適切に制御して内燃機関４を適切に保温することが要求される。また、内燃機関４の発熱量の変化に遅れて冷却水の温度が変化するため、仮に冷却水の温度変化のみに基づいて電動ウォータポンプ２を制御した場合、この遅れの影響を受けてしまい内燃機関４を適切に保温することができない。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ５は、サーモスタット１が閉弁しており、かつ、内燃機関４の発熱量が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプ２の駆動を停止する。また、ＥＣＵ５は、燃料噴射量に基づいて内燃機関４の発熱量を決定するようになっている。

また、ＥＣＵ５は、内燃機関４の発熱量として、直前の所定期間における内燃機関４の発熱量の積算値を用いるようになっている。直前の所定期間とは、所定時間だけ過去の時点から現在までの期間である。なお、ＥＣＵ５は、発熱量の積算値に代わって、単位時間当たりの発熱量、すなわち発熱量の瞬時値を用いてもよい。また、ＥＣＵ３は、電動ウォータポンプ２の駆動を停止する際は、電動ウォータポンプ２の駆動を所定時間だけ一時的に停止するようになっている。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る内燃機関の保温制御装置においてＥＣＵ５により実行される保温制御動作について説明する。この保温制御動作は、適温状態にある内燃機関４を温度が低下しないように保温する動作である。

図３において、ＥＣＵ５は、冷却水の水温がサーモスタット１（図中、サーモ弁と記す）の開弁温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ１）。ここでは、ＥＣＵ５は、サーモスタット１が閉弁していることを冷却水の水温に基づいて判別している。

ステップＳ１で水温が開弁温度未満の場合、ＥＣＵ５は、内燃機関４の発熱量が所定発熱量Ａ未満であるか否かを判別する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で発熱量が所定発熱量Ａ未満の場合、ＥＣＵ５は、電動ウォータポンプ２の駆動を所定時間だけ一時的に停止し（ステップＳ３）、今回の動作を終了する。

ＥＣＵ５は、ステップＳ１で水温が開弁温度以上の場合、またはステップＳ２で発熱量が所定発熱量Ａ以上の場合、内燃機関４の発熱量に応じて電動ウォータポンプ２を駆動し（ステップＳ４）、今回の動作を終了する。なお、ステップＳ４では、内燃機関４の発熱量が大きいほど、ＥＣＵ５は電動ウォータポンプ２の駆動量、すなわち冷却水の吐出量を大きくする。

ここで、ステップＳ２の処理は、内燃機関４への燃料噴射の有無に基づいて発熱量を決定することで実施される。

詳しくは、図４に示すように、ＥＣＵ５は、燃料噴射中であるか否かを判別し（ステップＳ１１）、燃料噴射中であれば単位時間当たりの発熱量を直前の所定期間にわたって積算した積算値が所定発熱量Ａ未満であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。

ＥＣＵ５はステップＳ１２で発熱量の積算値が所定発熱量Ａ未満である場合、ステップＳ１３で発熱量が所定発熱量未満であると決定し、今回の動作を終了する。一方、ステップＳ１１で燃料噴射中でない場合、またはステップＳ１２で発熱量の積算値が所定発熱量Ａ以上である場合、ステップＳ１３を実行することなく今回の動作を終了する。

以上説明したように、本実施例では、ＥＣＵ５は、サーモスタット１が閉弁しており、かつ、内燃機関４の発熱量が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプ２の駆動を停止する。

これにより、サーモスタット１が閉弁しており、かつ、内燃機関４の発熱量が所定発熱量未満の場合は、電動ウォータポンプ２の駆動を停止することで、内燃機関４において熱平衡状態を成立させることができる。すなわち、内燃機関４の熱エネルギが冷却水を介して奪われることを抑制できるため、内燃機関４で発生する熱量と内燃機関４から奪われる熱量とが等しい熱平衡状態を成立させることができる。

これに加え、サーモスタット１が閉弁している状態で電動ウォータポンプ２の駆動を停止しているため、電動ウォータポンプ２が再び駆動した際に、ラジエータ３に滞留していた低温の冷却水が内燃機関４に急激に導入されて内燃機関４が過冷却になることを防止できる。この結果、内燃機関４を適切に保温することができる。

これに加え、本実施例では電動ウォータポンプ２を停止することで冷却水が冷却されることを抑制できるため、低温の冷却水がヒータコアに流通して暖房能力が低下することを抑制できる。

また、本実施例では、ＥＣＵ５は、サーモスタット１が閉弁しており、かつ、燃料噴射量に基づいて決定した内燃機関４の発熱量が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプ２の駆動を所定時間一時的に停止する。

これにより、燃料噴射が停止されており内燃機関４の発熱がないときは、内燃機関４の発熱量が所定発熱量未満となり電動ウォータポンプ２の駆動が停止される。このため、内燃機関４の熱エネルギが冷却水を介して奪われることを抑制できるので、内燃機関４を適切に保温することができる。また、電動ウォータポンプ２の駆動を所定時間一時的に停止するようにしており、一時的に停止している所定時間中は次回の制御サイクルにおいて発熱量と所定発熱量との比較結果に関わらず電動ウォータポンプ２の駆動が停止されるので、内燃機関４を確実に保温することができる。

また、本実施例では、ＥＣＵ５は、サーモスタット１が閉弁しており、かつ、直前の所定期間における内燃機関４の発熱量の積算値が所定発熱量未満の場合、電動ウォータポンプ２の駆動を所定時間一時的に停止する。

これにより、内燃機関４から冷却水への伝熱の遅延を表わす発熱量積算値に基づいて電動ウォータポンプ２の駆動を制御できるので、内燃機関４の保温のために電動ウォータポンプ２を停止した場合に、内燃機関４のシリンダヘッド等の高温部において局所的に冷却水が沸騰することを防止できる。

また、本実施例では、サーモスタット１は、冷却水の温度に応じて開閉する感熱式サーモスタットである。

これにより、サーモスタット１が閉弁した状態で電動ウォータポンプ２の駆動を停止することで、内燃機関４内の冷却水がサーモスタット１に到達しにくくでき、サーモスタット１の閉弁状態を保持することができる。このため、電動ウォータポンプ２の駆動を停止することによる内燃機関４の保温効果を十分に得ることができる。

上述の通り、本発明の一実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ サーモスタット
２ 電動ウォータポンプ
３ ラジエータ
４ 内燃機関
５ ＥＣＵ（制御部）

Claims (4)

1. 冷却水の熱を放熱させるラジエータと、
   前記ラジエータと内燃機関との間で冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、
   前記ラジエータと前記内燃機関との間で循環する冷却水の通水量を調整するサーモスタットと、
   前記電動ウォータポンプを制御する制御部と、を備える内燃機関の保温制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記サーモスタットが閉弁しており、かつ、前記内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合、前記電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止することを特徴とする内燃機関の保温制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記サーモスタットが閉弁しており、かつ、燃料噴射量に基づいて決定した前記内燃機関の発熱量が所定発熱量未満の場合、前記電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の保温制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記サーモスタットが閉弁しており、かつ、直前の所定期間における前記内燃機関の発熱量の積算値が所定発熱量未満の場合、前記電動ウォータポンプの駆動を所定時間一時的に停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の保温制御装置。
4. 前記サーモスタットは、前記冷却水の温度に応じて開閉する感熱式サーモスタットであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の保温制御装置。

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