JP2006037883A - 内燃機関の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータポンプ、電子サーモスタット、電動ファン等の冷却装置を構成する部品の駆動効率を上げ燃費の向上を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】複数の電動ウォータポンプを備え、その内の少なくとも１つの電動ウォータポンプの定格は他の電動ウォータポンプの定格と異なるようにする。そして、定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備える場合においては、内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の要求循環流量が第１の所定量以下である場合は定格の小さいポンプを駆動させ、要求循環流量が第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は定格の大きいポンプを駆動させ、要求循環流量が第２の所定量より多い場合は２つのポンプを共に駆動させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関するもので、特に冷却水を電動ウォータポンプにより循環させる冷却装置に関するものである。

内燃機関の冷却装置として、内燃機関から駆動力を得て稼動する第１ウォータポンプと、冷却水温度が所定温度以下では回転駆動せずに冷却水温度が所定温度より大きい場合には電動で回転駆動する第２ウォータポンプを備えることにより、内燃機関から駆動力を得て稼動する第１ウォータポンプのポンプ揚程を増大させることなく冷却水の循環流量を確保し燃費の向上を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載されている内燃機関の冷却装置においては、内燃機関が始動すると、それに伴う第１ウォータポンプのポンプ作用により内燃機関の回転数に比例する流量の冷却水が循環する。そして、冷間時等の冷却水温度が予め定められた所定温度より低い場合には、内燃機関を素早く暖機するためにサーモスタットのバルブが閉じラジエータには冷却水が循環されない。また、かかる場合には第２ウォータポンプは回転駆動しない。

そして、この状態から内燃機関内の冷却水温度が所定温度以上になると、当該冷却水温度を所定温度に保つために冷却水の温度を調整する必要がある。この場合には、サーモスタットのバルブが開きラジエータに冷却水が流入し、冷却水が冷却されることとなる。また、かかる場合、冷却水温度が所定温度以上であると第２ウォータポンプが駆動するので、冷却水の循環流量は第１ウォータポンプのポンプ揚程と第２ウォータポンプのポンプ揚程との和になり、内燃機関内およびラジエータへの冷却水の循環流量が確保される。
特開２０００−１７９３３９号公報 特開平１１−２２４６０号公報 特開２０００−１３０３５０号公報

ところで、内燃機関の負荷が小さいときには内燃機関内の冷却水の温度を高くしてもいいので、内燃機関の負荷が小さいときにはポンプの回転数を低くして循環流量を減少することができる。

しかし、上述した特許文献１に記載されている内燃機関の冷却装置においては、冷却水温度が所定温度より低い場合には、内燃機関から駆動力を得て稼動する第１ウォータポンプのみで冷却水を循環させるので、当該第１ウォータポンプは内燃機関の回転数に比例する流量の冷却水を循環させてしまうため、内燃機関の負荷に応じて循環流量を変化させることができずに不必要なポンプ仕事が増大し燃費が悪化する。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却水を循環させるウォータポンプの駆動効率を上げ燃費の向上を図ることができる技術を提供することにある。

また、電子サーモスタット、電動ファン等の冷却装置を構成する部品全体の駆動効率を上げ燃費の向上を図ることができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の冷却装置にあっては、複数の電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記複数の電動ウォータポンプの内の少なくとも１つの電動ウォータポンプの定格は他の電動ウォータポンプの定格と異なることを特徴とする。

ウォータポンプを複数備えることにより、１つのウォータポンプしか備えていない構成に対して、個々のウォータポンプの大きさを小さくすることができるので、搭載性向上を図ることができる。また、電動ウォータポンプは、負荷が高くなるにつれて効率が上がるという特性を有するので、循環流量が同じであるとした場合、定格の大きい電動ウォータポンプの効率よりも定格の小さい電動ウォータポンプの効率の方がいい。そのため、循環すべき冷却水の流量が少ない場合には、最も定格の小さいポンプのみを駆動させ、そのポンプでは循環不可能な流量の場合には、その次に定格の大きいポンプのみを駆動させるようにすることで、全流量領域でポンプを高負荷側での使用とすることができるので、ポンプの駆動効率を上げることができ燃費の向上を図ることができる。また、電動のウォータポンプで冷却水を循環させるので、その流量を任意に制御することができ、内燃機関から駆動力を得て稼動するウォータポンプで冷却水を循環させるものよりも暖機性を向上させることができる。

また、定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である要求循環流量が第１の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第２の所定量より多い場合は前記第１の電動ウォータポンプおよび前記第２の電動ウォータポンプを共に駆動させるポンプ駆動制御手段を備えたことを特徴とする。

このように定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備える内燃機関の冷却装置において、ポンプ駆動制御手段が、内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である要求循環流量が第１の所定量以下である場合は２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、要求循環流量が第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、要求循環流量が第２の所定量より多い場合は２つのポンプを共に駆動させるように制御することで、全流量領域でポンプを高負荷側での使用とすることができるので、ポンプの駆動効率を上げることができ燃費の向上を図ることができる。

また、電動ウォータポンプと、内燃機関とラジエータとの間での冷却水の流通量を制御する電子サーモスタットを備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量および前記バルブの開閉を決定する決定手段を備えたことを特徴とする。

水温センサの検出値である冷却水通路内の冷却水の温度（実冷却水温度）が目標温度より非常に高い場合に、冷却水の温度を目標温度まで下げるには、循環流量を多くすると共に、電子サーモスタットのバルブを開きラジエータに冷却水を循環させる必要がある。し
かし、実冷却水温度と目標温度の温度差によっては、循環流量を多くする、あるいは電子サーモスタットのバルブを開いてラジエータに冷却水を循環させる手法のいずれかの手法を採用すればよい。ただし、循環流量を増加させる場合にはポンプがその分の電力を消費し、電子サーモスタットのバルブを開くためには、当該バルブを開くための電力を消費する。

本発明に係る内燃機関の冷却装置にあっては、前記決定手段が、前記補正循環流量を増加させるよりも前記バルブを開く方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記バルブを開くように決定し、前記バルブを開くよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記バルブを閉じて前記補正循環流量を増加させるように決定する等、電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力を考慮して、補正循環流量および前記バルブの開閉を決定するので、冷却装置の構成部品全体の駆動効率を上げることができ、燃費を向上させることができる。

また、電動ウォータポンプと、ラジエータ内の冷却水を冷却する電動ファンを備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路およびラジエータを含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量および前記電動ファンを駆動させるか否かを決定する決定手段を備えたことを特徴とする。

実冷却水温度が目標温度より非常に高い場合に、冷却水の温度を目標温度まで下げるには、循環流量を多くすると共に、電動ファンを駆動させることによりラジエータ内の冷却水を冷却する必要がある。しかし、実冷却水温度と目標温度の温度差によっては、循環流量を多くする、あるいは電動ファンを駆動させてラジエータ内の冷却水を冷却する手法のいずれかの手法を採用すればよい。ただし、循環流量を増加させる場合にはポンプがその分の電力を消費し、電動ファンを駆動させるには電力を消費する。

本発明に係る内燃機関の冷却装置にあっては、前記決定手段が、前記補正循環流量を増加させるよりも前記電動ファンを駆動させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記電動ファンを駆動させるように決定し、前記電動ファンを駆動させるよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記電動ファンを駆動させずに前記補正循環流量を増加させるように決定する等、電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、補正循環流量および前記電動ファンを駆動させるか否かを決定するので、冷却装置の構成部品全体の駆動効率を上げることができ、燃費を向上させることができる。

また、電動ウォータポンプと、内燃機関とラジエータとの間での冷却水の流通量を制御する電子サーモスタットと、前記ラジエータ内の冷却水を冷却する電動ファンと、を備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力、前記電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量、前記バルブの開閉、前記電動ファンを駆動させるか否か
を決定する決定手段を備えたことを特徴とする。

実冷却水温度が目標温度より非常に高い場合に、冷却水の温度を目標温度まで下げるには、循環流量を多くすると共に、電子サーモスタットのバルブを開き、かつ電動ファンを駆動させる必要がある。しかし、実冷却水温度と目標温度の温度差によっては、（１）循環流量のみを多くする、（２）循環流量を多くさせずに、ラジエータに冷却水を循環させ、電動ファンは駆動させない、（３）循環流量を多くさせずに、ラジエータに冷却水を循環させ、かつ電動ファンを駆動させる、手法のいずれかの手法を採用すればよい。

本発明に係る内燃機関の冷却装置にあっては、前記決定手段が、前記補正循環流量を増加させるよりも前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させるように決定し、前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させるよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記バルブを閉じ、かつ前記電動ファンを駆動させずに前記補正循環流量を増加させるように決定する等、電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力、前記電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、補正循環流量、前記バルブの開閉、前記電動ファンを駆動させるか否かを決定するので、冷却装置の構成部品全体の駆動効率を上げることができ、燃費を向上させることができる。

また、上述した本発明に係る内燃機関の冷却装置は、定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより前記冷却水循環経路に冷却水を循環させるものであり、前記基本循環流量に前記決定手段が決定した補正循環流量を加算した循環流量である要求循環流量が第１の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第２の所定量より多い場合は前記第１の電動ウォータポンプおよび前記第２の電動ウォータポンプを共に駆動させるポンプ駆動制御手段を更に備えることが好適である。

このように定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備える内燃機関の冷却装置において、ポンプ駆動制御手段が、内燃機関の運転状態に応じて要求される基本循環流量に決定手段が決定した補正循環流量を加算した循環流量である要求循環流量が、第１の所定量以下である場合は２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、要求循環流量が第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、要求循環流量が第２の所定量より多い場合は２つのポンプを共に駆動させるように制御することで、全流量領域でポンプを高負荷側での使用とすることができるので、ポンプの駆動効率を上げることができ燃費の向上を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、冷却水を循環させるウォータポンプの駆動効率を上げ燃費の向上を図ることができる。また、電子サーモスタット、電動ファン等の冷却装置を構成する部品全体の駆動効率を上げ燃費の向上を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみ
に限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る冷却装置を備えた内燃機関１とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼル機関）又はガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関（ガソリン機関）であり、自動車等に搭載される内燃機関である。

内燃機関１は、直列４気筒であり、シリンダヘッド１ａ、その下部に連結されたシリンダブロック１ｂ等を備えて構成される。そして、シリンダヘッド１ａおよびシリンダブロック１ｂには熱媒体としての水が循環するための通路である機関内冷却水通路１ｃが設けられている。そして、図１に示すように、機関内冷却水通路１ｃの出口側には、車室内暖房用のヒータコア２に冷却水を導くヒータ側冷却水通路３とラジエータ４に冷却水を導くラジエータ側冷却水通路５が接続されている。

また、内燃機関１にはヒータ側冷却水通路３とラジエータ側冷却水通路５を流通してきた冷却水を外部から吸い込み、第１気筒（＃１）側から機関内冷却水通路１ｃに冷却水を送り込む第１の電動ウォータポンプ６と第２の電動ウォータポンプ７が並列に備えられている。これらの電動ウォータポンプ６、７は、バッテリ（図示省略）を駆動源とするウォータポンプであり、後述するＥＣＵの指令信号により電圧が印加されると、その印加電圧に応じた分の流量の冷却水を機関内冷却水通路１ｃに供給する。また、これらの電動ウォータポンプ６、７はそれぞれ定格が異なっており、第１の電動ウォータポンプ６が第２の電動ウォータポンプ７よりも定格が小さい。

ラジエータ側冷却水通路５には、ラジエータ４を迂回するためのラジエータバイパス通路８が接続されており、ラジエータ側冷却水通路５とラジエータバイパス通路８の接続部には電子サーモスタット９が設けられている。

この電子サーモスタット９は、上記ラジエータ４を通過してラジエータ側冷却水通路５を流通する冷却水と、ラジエータバイパス通路８を流通する冷却水とが電動ウォータポンプ６、７へ流出する流量を制御するワックス式のサーモスタットバルブを備えている。このサーモスタットバルブは、温度に応じて圧縮および膨張するワックスを利用することで、機関内冷却水通路１ｃを通過した冷却水の水温に応じてそのバルブが機械的に開閉するものである。具体的には、上記サーモスタットバルブは、上記ワックスの充填された感温部を備えており、この感温部内のワックスが膨張することで、ラジエータ側冷却水通路５の流路面積が拡大され、またラジエータバイパス通路８の流路面積が縮小される。そして、ラジエータ側冷却水通路５の流路面積が最大となったときに、ラジエータバイパス通路８の流路面積が零となる。

また、電子サーモスタット９には、上記感温部を電気的に加熱するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを備えている。そして、このＰＴＣヒータへ通電することによってワックスを電気的に加熱することで、上記の機械的な開閉制御とは別に、サーモスタットバルブの開閉を電子制御することが可能になっている。

また、ラジエータ４に対応して電動ファン１０が配置されており、後述するＥＣＵの指令信号により通電されると、電動ファン１０が駆動し、ラジエータ４内の冷却水を冷却することが可能になっている。

このように構成された冷却装置を備えた内燃機関１には、当該内燃機関等を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１１が併設されている。このＥＣ
Ｕ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＥＣＵ１１には、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフトの回転速度に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ（図示省略）、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ（図示省略）、シリンダヘッド１ａ側の機関内冷却水通路１ｃ内を流通する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１２等が電気的に接続され、それらの出力信号がＥＣＵ１１へ入力されるようになっている。

そして、ＥＣＵ１１は、例えば、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、吸入空気量の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１１が入力した各種信号やＥＣＵ１１が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ１１のＲＡＭに一時的に記憶される。

また、ＥＣＵ１１は、電動ウォータポンプ６、７と電気的に接続され、ＥＣＵ１１が、電動ウォータポンプ６、７を制御することで内燃機関１の機関内冷却水通路１ｃを含めた冷却水循環経路に循環させる冷却水の流量（以下、「循環流量」という。）を制御することが可能になっている。また、ＥＣＵ１１は、電子サーモスタット９、電動ファン１０と電気的に接続され、ＥＣＵ１１が電子サーモスタット９のＰＴＣヒータへの通電、電動ファン１０への通電を制御することが可能になっている。

このように構成された内燃機関の冷却装置においては、定格の異なる電動ウォータポンプ６および／または電動ウォータポンプ７で冷却水循環経路に冷却水を循環させるように機関内冷却水通路１ｃに冷却水を供給するが、その際の電動ウォータポンプ６、７の制御にあたっては以下に説明する電動ウォータポンプ駆動制御に基づいて行う。

内燃機関１の各部のフリクションの低減に伴う燃費の向上と内燃機関１の動力性能の向上等の観点から内燃機関１内の冷却水の温度を所定の温度に維持する必要があり、その温度に維持するには内燃機関１の運転状態に応じた流量の冷却水を循環させる必要がある。

一方、電動ウォータポンプ６、７は、循環流量を多くしその負荷が高くなるにつれて効率が上がるという特性を有する。そのため、定格の小さい電動ウォータポンプ６が循環可能な循環流量の範囲内では、循環流量が同じであるとした場合、定格の大きい電動ウォータポンプ７の効率よりも定格の小さい電動ウォータポンプ６の効率の方がいい。

以上のことより、ＥＣＵ１１は、先ず、内燃機関１の運転状態に応じて要求される循環流量（要求循環流量）、言い換えれば電動ウォータポンプで循環させるべき冷却水の流量を算出し、図２に示したように、算出した要求循環流量が第１の所定流量Ｖｗ１以下の場合には、定格の小さい電動ウォータポンプ６のみを駆動させて電動ウォータポンプ６のみで要求循環流量を循環させるようにする。そして、算出した要求循環流量が第１の所定流量Ｖｗ１より多くて当該第１の所定流量Ｖｗ１より多い流量である第２の所定流量Ｖｗ２以下の場合には、定格の大きい電動ウォータポンプ７のみを駆動させ電動ウォータポンプ７のみで要求循環流量を循環させるようにする。また、算出した要求循環流量が第２の所定流量Ｖｗ２より多い場合には、定格の小さい電動ウォータポンプ６および定格の大きい電動ウォータポンプ７を同時に駆動させ電動ウォータポンプ６と電動ウォータポンプ７の両方で要求循環流量を循環させるようにする。なお、第１の所定流量Ｖｗ１は、定格の小さい電動ウォータポンプ６が循環可能な循環流量の範囲内で決定される流量であり、第２の所定流量Ｖｗ２は、定格の大きい電動ウォータポンプ７が循環可能な循環流量の範囲内で決定される流量である。

このように電動ウォータポンプ６、７を駆動させることで、大定格の電動ウォータポンプを１つ備えて冷却水を循環させる構成と比べて、全ての流量領域で電動ウォータポンプ６および／または７の方が高負荷側での使用になるので、図２に示したように、全ての流量領域で大定格の電動ウォータポンプの駆動効率よりも、電動ウォータポンプ６および／または７の駆動効率の方がよくなる。特に、循環流量が少ない場合にその効果が顕著に現れる。また、電動ウォータポンプは定格に応じてコスト・大きさが異なるため、大定格の電動ウォータポンプを１つ備えるのに比べてコスト削減、搭載性向上を図ることができる。

また、背景技術の項で述べた、内燃機関から駆動力を得て稼動する第１ウォータポンプと、電動で回転駆動する第２ウォータポンプを備える構成に比べると、冷間始動時等に電動ウォータポンプ６、７を駆動させる必要がないので暖機性を向上させることができる。

以下、具体的に本実施例における電動ウォータポンプ駆動制御について図３に基づいて説明する。図３は、電動ウォータポンプ駆動制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１１に記憶されており、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１１が実行するルーチンである。

本ルーチンにおいて、先ずＥＣＵ１１は、ステップ（以下、「Ｓ」という。）１０１において、内燃機関１の運転状態に応じて要求される循環流量（要求循環流量）Ｖｗｒｅｑ、つまり電動ウォータポンプ６および／または電動ウォータポンプ７で循環させるべき冷却水の流量Ｖｗｒｅｑを算出する。これは、ＥＣＵ１１がエアフローメータの検出値に基づいて演算した吸入空気量を、予め作成されＲＯＭに記憶された図４のようなマップに代入して算出するものである。なお、内燃機関１がハイブリッドシステムに適用される場合には、モータジェネレータによる検出値に基づいて演算した内燃機関１の機関出力を、予め作成されＲＯＭに記憶された図４のようなマップに代入して電動ウォータポンプ６および／または７に要求される循環流量Ｖｗｒｅｑを算出してもよい。

その後Ｓ１０２へ進み、Ｓ１０１で算出した要求循環流量Ｖｗｒｅｑが上述した第１の所定流量Ｖｗ１以下であるか否かを判定する。そして、肯定判定された場合はＳ１０３へ進み、要求循環流量Ｖｗｒｅｑの冷却水を循環させるように定格の小さい電動ウォータポンプ６を制御する。つまり、要求循環流量Ｖｗｒｅｑを循環させるのに必要な分の電圧を電動ウォータポンプ６に印加するようにする。一方、Ｓ１０２で否定判定された場合にはＳ１０４へ進む。

Ｓ１０４においては、Ｓ１０１で算出した要求循環流量Ｖｗｒｅｑが上述した第２の所定流量Ｖｗ２以下であるか、つまりＶｗｒｅｑが第１の所定流量Ｖｗ１より多くて第２の所定流量Ｖｗ２以下であるか否かを判定する。そして、肯定判定された場合はＳ１０５へ進み、要求循環流量Ｖｗｒｅｑの冷却水を循環させるように定格の大きい電動ウォータポンプ７を制御する。つまり、要求循環流量Ｖｗｒｅｑを循環させるのに必要な分の電圧を電動ウォータポンプ７に印加するようにする。

一方、Ｓ１０４で否定判定された場合、つまりＳ１０１で算出した要求循環流量Ｖｗｒｅｑが第２の所定流量Ｖｗ２より多い場合にはＳ１０６へ進み、要求循環流量Ｖｗｒｅｑの冷却水を電動ウォータポンプ６と電動ウォータポンプ７で循環させるように電動ウォータポンプ６、７を制御する。その際、上述したように電動ウォータポンプ６、７は、その負荷が定格である場合に効率が最もよくなる特性を有することから、電動ウォータポンプ６または７のいずれか一方を定格で駆動させ、それでは足りない分の流量を他の電動ウォ
ータポンプで循環させるようにすることが好ましい。

実施例１においては内燃機関１の運転状態に応じて要求される循環流量を循環させる際の電動ウォータポンプ６、７の駆動制御について述べたが、本実施例では、電動ウォータポンプ６、７、電子サーモスタット９および電動ファン１０などの冷却装置を構成する構成部品全体の駆動効率を考慮してこれらの構成部品を制御する。

実施例１で説明したように基本的には内燃機関１の運転状態に応じて循環させるべき冷却水の流量が定まるが、本実施例においては、内燃機関１の運転状態に応じて要求される循環流量を基本循環流量Ｖｗｒｅｑ１とし、さらに、内燃機関１内の冷却水の目標温度（目標冷却水温度；ＴＨＷｒｅｑ）と水温センサ１２が検出する実際の冷却水の温度（実冷却水温度；ＴＨＷａｃ）の温度差に応じて循環流量を補正する。つまり、実冷却水温度と目標冷却水温度の温度差ΔＴ（＝ＴＨＷａｃ−ＴＨＷｒｅｑ）より補正循環流量Ｖｗｒｅｑ２を算出し、最終的な要求循環流量Ｖｗｒｅｑを、基本循環流量Ｖｗｒｅｑ１に補正循環流量Ｖｗｒｅｑ２を加算した値であるＶｗｒｅｑ１＋Ｖｗｒｅｑ２とする。

ところで、実冷却水温度ＴＨＷａｃが目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑより高い場合に、実冷却水温度ＴＨＷａｃを目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑにするためには、（１）循環流量を増加させる、（２）循環流量はそのままで冷却水自体の温度を低下させる、（３）循環流量を増加させかつ冷却水自体の温度を低下させるなどの手法が考えられる。

また、ラジエータ４に冷却水を循環させていない時に実冷却水温度ＴＨＷａｃが高い場合には、電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開きラジエータ４に冷却水を循環させれば冷却水自体の温度が低下する。また、ラジエータ４に冷却水を循環させておりかつ電動ファン１０を駆動させてない時に実冷却水温度ＴＨＷａｃが高い場合には、電動ファン１０を駆動させてラジエータ４内の冷却水を冷却すれば冷却水自体の温度が低下する。

ただし、電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開くには上述したようにＰＴＣヒータに通電する必要があり、電動ファン１０を駆動させるには電動ファンに通電する必要がある。また、循環流量を増加させるには電動ウォータポンプへの通電量を増加させる必要がある。

かかる点に鑑み、本実施例では構成部品全体の駆動効率を考慮して以下のようにして構成部品の駆動制御を行なうようにする。

概略としては、図５に示すように実冷却水温度ＴＨＷａｃと目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑの温度差ΔＴ（＝ＴＨＷａｃ−ＴＨＷｒｅｑ）に応じて、電動ウォータポンプでの補正循環流量Ｖｗｒｅｑ２、電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開くか否か、電動ファン１０を駆動させるか否かを決定する。

すなわち、現時点で電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを閉じ、電動ファン１０を駆動させていない状態においては以下のように駆動制御を行なう。ΔＴが零以上でＴ１より小さい時には、図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、電子サーモスタット９および電動ファン１０に通電しないようにする。これは、ΔＴが小さいため、電子サーモスタット９および電動ファン１０を駆動させずに循環流量を増加させる方が、循環流量を増加させずに電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開いてラジエータ４に冷却水を循環させるよりも、消費電力を少なくすることができるからである。

また、ΔＴがＴ１以上でＴ２より小さい時には、図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、かつ電子サーモスタット９に通電し、電動ファン１０には通電しないようにする。これは、循環流量をＶ１だけ増加させるとともに電子サーモスタット９に通電してサーモスタットバルブを開いてラジエータ４に冷却水を循環させる方が、電子サーモスタット９に通電させずに循環流量をＶ１以上に増加させるよりも、消費電力を少なくすることができるからである。なお、ΔＴがＴ２より小さい時には、ラジエータ４に冷却水を循環させれば十分と考えられるので、電動ファン１０を駆動させる必要はない。

そして、ΔＴがＴ２以上である時には、図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、かつ電子サーモスタット９および電動ファン１０に通電するようにする。これは、ΔＴがＴ３より低い場合には、循環流量をＶ１だけ増加させ、電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開いてラジエータ４に冷却水を循環させるとともに電動ファン１０を駆動させて冷却水を冷却させる方が、電動ファン１０を駆動させずに循環流量をＶ１より多く増加させかつ電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開いてラジエータ４に冷却水を循環させるよりも、消費電力を少なくすることができるからである。ただし、ΔＴがＴ３以上である場合には、温度差が非常に大きいので、循環流量をＶ１より多く増加させるとともに、電子サーモスタット９のサーモスタットバルブを開いてラジエータ４に冷却水を循環させ、かつ電動ファン１０を駆動させてラジエータ４内の冷却水を冷却させる必要がある。

一方、電子サーモスタット９のＰＴＣヒータに通電してサーモスタットバルブを開け、電動ファン１０を駆動させていない状態においては、以下のように駆動制御を行なう。つまり、ΔＴが零以上でＴ４より小さい時には、図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、電子サーモスタット９への通電を停止し、電動ファン１０にも通電しないようにする。また、ΔＴがＴ４以上でＴ２より小さい時には図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、かつ電子サーモスタット９への通電を継続し、電動ファン１０には通電しないようにする。そして、ΔＴがＴ２以上である時には図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、電子サーモスタット９への通電を継続し、かつ電動ファン１０にも通電するようにする。

また、電子サーモスタット９へ通電してサーモスタットバルブを開け、かつ電動ファン１０に通電して電動ファン１０を駆動させている状態においては、以下のように駆動制御を行なう。つまり、ΔＴが零以上でＴ４より小さい時には図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、電子サーモスタット９および電動ファン１０への通電を停止する。また、ΔＴがＴ４以上でＴ５より小さい時には図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、かつ電子サーモスタット９への通電を継続し、電動ファン１０への通電を停止する。そして、ΔＴがＴ５以上である時には図５（ａ）のマップに基づいて算出したＶｗｒｅｑ２を補正循環流量とし、電子サーモスタット９および電動ファン１０への通電を継続する。

また、電子サーモスタット９へ通電してサーモスタットバルブを開けているか、あるいは電動ファン１０に通電して電動ファン１０を駆動させているか否かにかかわらず、ΔＴが零より小さい、つまり実冷却水温度ＴＨＷが目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑよりも低い場合には、図５（ａ）のマップに示すようにＶｗｒｅｑ２を零にし、電子サーモスタット９および電動ファン１０へは通電しないようにする。

なお、図５に示したＴ１〜Ｔ５の値、ΔＴに対するＶｗｒｅｑ２の値は、電動ウォータ
ポンプ６および７、電子サーモスタット９、電動ファン１０の各仕様等によって異なるものであり、予め実験等により導き出すものである。

例えば、図５（ａ）においては、Ｔ１≦ΔＴ≦Ｔ３の範囲ではＶｗｒｅｑ２の値はＶ１の一定としているが、Ｖｗｒｅｑ２／ΔＴの値がＶ１／Ｔ１よりも小さい正の値であってもよい。

そして、最終的な要求循環流量Ｖｗｒｅｑ（＝ｗｒｅｑ１＋Ｖｗｒｅｑ２）が決定した後は、上述した実施例１と同様にして、電動ウォータポンプ６および７を駆動制御する。

以下、具体的に本実施例における冷却装置の構成部品の駆動制御について図６に基づいて説明する。図６は、構成部品の駆動制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１１に記憶されており、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１１が実行するルーチンである。

本ルーチンにおいて、先ずＥＣＵ１１は、ステップ（以下、「Ｓ」という。）２０１において、電動ウォータポンプ６および／または電動ウォータポンプ７で循環させるべき冷却水の基本循環流量Ｖｗｒｅｑ１を算出する。これは、上述したように実施例１の電動ウォータポンプ駆動制御における要求循環流量Ｖｗｒｅｑを基本循環流量Ｖｗｒｅｑ１とするものであり、Ｓ２０１における処理は、図３のフローチャートにおけるＳ１０１と同じ処理であるので、その詳細な説明は省略する。

その後Ｓ２０２へ進み、内燃機関１の目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑを算出するとともに、実冷却水温度ＴＨＷａｃを検出する。目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑは、ＥＣＵ１１がエアフローメータの検出値に基づいて演算した吸入空気量とクランクポジションセンサの検出値に基づいて演算した機関回転数を、予め作成されＲＯＭに記憶された図７のようなマップに代入して算出するものである。なお、内燃機関１がハイブリッドシステムに適用される場合には、モータジェネレータによる検出値に基づいて演算した内燃機関１の軸トルクとクランクポジションセンサの検出値に基づいて演算した機関回転数を、予め作成されＲＯＭに記憶された図７のようなマップに代入して目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑを算出してもよい。また、実冷却水温度ＴＨＷａｃは、水温センサ１２で検出するものである。

その後Ｓ２０３へ進み、実冷却水温度ＴＨＷａｃと目標冷却水温度ＴＨＷｒｅｑとの温度差ΔＴを算出する。これは、Ｓ２０２にて算出あるいは検出した値を、ΔＴ＝ＴＨＷａｃ−ＴＨＷｒｅｑの式に代入して算出するものである。

その後Ｓ２０４へ進み、Ｓ２０３で算出したΔＴを予め作成されＲＯＭに記憶された図５のようなマップに代入して、上述した補正循環流量Ｖｗｒｅｑ２を算出するとともに、電子サーモスタット９および電動ファン１０へ通電させるか否かを決定する。そして、電子サーモスタット９および／または電動ファン１０へ通電させると決定した場合には通電させる。

その後Ｓ２０５へ進み、電動ウォータポンプの最終的な要求循環流量Ｖｗｒｅｑを算出する。これは、Ｓ２０１で算出したＶｗｒｅｑ１とＳ２０４で算出したＶｗｒｅｑ２を加算するものである。

その後Ｓ２０６以降の処理を実行する。Ｓ２０６からＳ２１０の処理は図３のフローチャートにおけるＳ１０２からＳ１０６の処理と同じ処理であるので、その詳細な説明は省略する。

実施の形態に係る冷却装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 実施の形態に係る電動ウォータポンプの循環流量と効率の関係を示す図である。 実施例１に係る電動ウォータポンプ駆動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 吸入空気量（または機関出力）と実施例１における要求循環流量Ｖｗｒｅｑ（または実施例２における基本循環流量Ｖｗｒｅｑ１）の関係を示す図である。 実冷却水温度と目標冷却水温度の温度差ΔＴと、補正循環流量Ｖｗｒｅｑ２、電子サーモスタットおよび電動ファンへの通電の有無の関係を示す図である。 実施例２に係る冷却装置の構成部品の駆動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 吸入空気量（または機関軸トルク）、機関回転数および目標水温の関係を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ヒータコア
３ ヒータ側冷却水通路
４ ラジエータ
５ ラジエータ側冷却水通路
６、７ 電動ウォータポンプ
８ ラジエータバイパス通路
９ 電子サーモスタット
１０ 電動ファン
１１ ＥＣＵ
１２ 水温センサ

Claims (9)

1. 複数の電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記複数の電動ウォータポンプの内の少なくとも１つの電動ウォータポンプの定格は他の電動ウォータポンプの定格と異なることを特徴とする内燃機関の冷却装置。
2. 定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である要求循環流量が第１の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第２の所定量より多い場合は前記第１の電動ウォータポンプおよび前記第２の電動ウォータポンプを共に駆動させるポンプ駆動制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
3. 電動ウォータポンプと、内燃機関とラジエータとの間での冷却水の流通量を制御する電子サーモスタットを備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量および前記バルブの開閉を決定する決定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
4. 前記決定手段は、前記補正循環流量を増加させるよりも前記バルブを開く方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記バルブを開くように決定し、前記バルブを開くよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記バルブを閉じて前記補正循環流量を増加させるように決定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の冷却装置。
5. 電動ウォータポンプと、ラジエータ内の冷却水を冷却する電動ファンを備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路およびラジエータを含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量および前記電動ファンを駆動させるか否かを決定する決定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
6. 前記決定手段は、前記補正循環流量を増加させるよりも前記電動ファンを駆動させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記電動ファンを駆動させるように決定し、前記電動ファンを駆動させるよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記電動ファンを駆動させずに前記補正循環流量を増加させるように決定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の冷却装置。
7. 電動ウォータポンプと、内燃機関とラジエータとの間での冷却水の流通量を制御する電子サーモスタットと、前記ラジエータ内の冷却水を冷却する電動ファンと、を備え、電動ウォータポンプを駆動させることにより内燃機関内の冷却水通路を含む冷却水循環経路に冷却水を循環させる内燃機関の冷却装置であって、
   前記冷却水通路内の冷却水の温度を検出する水温センサの検出値が内燃機関の運転状態に応じて定められる目標温度となるように、前記電動ウォータポンプで冷却水を循環させるための消費電力、前記電子サーモスタットのバルブを開くための消費電力および電動ファンを駆動させるための消費電力を考慮して、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される冷却水の循環流量である基本循環流量を補正する補正循環流量、前記バルブの開閉、前記電動ファンを駆動させるか否かを決定する決定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
8. 前記決定手段は、前記補正循環流量を増加させるよりも前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記補正循環流量を増加させずに前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させるように決定し、前記バルブを開きかつ前記電動ファンを駆動させるよりも前記補正循環流量を増加させる方が消費電力が小さくなる場合には、前記バルブを閉じ、かつ前記電動ファンを駆動させずに前記補正循環流量を増加させるように決定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の冷却装置。
9. 定格の異なる２つの電動ウォータポンプを備え、少なくとも１つの電動ウォータポンプを駆動させることにより前記冷却水循環経路に冷却水を循環させるものであり、
   前記基本循環流量に前記決定手段が決定した補正循環流量を加算した循環流量である要求循環流量が第１の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の小さい第１の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第１の所定量より多くて第２の所定量以下である場合は前記２つの電動ウォータポンプの内定格の大きい第２の電動ウォータポンプを駆動させ、前記要求循環流量が前記第２の所定量より多い場合は前記第１の電動ウォータポンプおよび前記第２の電動ウォータポンプを共に駆動させるポンプ駆動制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の内燃機関の冷却装置。

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