JP5910743B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関を冷却するシステムを制御する装置に関し、特に冷却水の循環を制御する装置に関するものである。

内燃機関は燃料の燃焼によって発熱し、その温度が過度に高くなると異常燃焼などによって効率が悪化するので、冷却装置を備えている。冷却装置による内燃機関の冷却の形式として、冷媒として水を用いる水冷式や、水に替えてオイルを用いる油冷式、また、冷媒として空気を用いる空冷式などが知られている。いずれの形式であっても、冷却装置による内燃機関の冷却が十分でなければ、上述した異常燃焼が生じ、また反対に、冷却し過ぎると燃料の燃焼が妨げられる。

例えば特許第４８８３２２５号公報には、内燃機関の内部を通過させるように冷却水を循環させる第１冷却水回路と、内燃機関を通過させずに排熱回収器を通過させるように冷却水を循環させる第２冷却水回路とを備えた車両の冷却装置が記載されている。この公報に記載された装置では、開度を減じることにより第１冷却水回路での冷却水の流量を低減し、開度を増大することによりそれらの冷却水回路の冷却水同士を混合させるバルブが設けられている。このバルブの弁体には、閉弁位置であっても冷却水を流通させるための孔が形成されている。そして、第１冷却水回路の冷却水の温度が予め定めた判定値以上の場合であって、かつ、その第１冷却水回路の冷却水と第２冷却水回路の冷却水との温度差が予め定めた他の判定値よりも大きい場合に、上記のバルブの開度を減じた状態で弁体が固着していると判断するように構成されている。

なお、特開２００７−４６４６９号公報には、内燃機関を冷却するラジエータ回路から分岐して排熱回収器を通過するように冷却水を循環させる冷却水流路を備えた排熱回収装置が記載されている。冷却水流路の途中には、これを開閉するバルブが設けられている。そのバルブは冷却水流路としての流通部とその流通部に直交する微小孔とを有している。そして、バルブを回動して冷却水流路と流通部とを連通した場合に開弁状態となり冷却水流路を冷却水が流通する。また反対に、バルブを回動して冷却水流路に対して流通部を直交させた場合に閉弁状態となる。この閉弁状態においては、冷却水流路と微小孔とが連通するため、冷却水流路に微量の冷却水が流通する。

上記の特許第４８８３２２５号公報に記載された車両の冷却装置によれば、例えばバルブの開度を減じた状態で弁体が固着したとしても弁体に形成された孔を冷却水が流通するので、第１冷却水回路に冷却水を循環させることができる。しかしながら、上記の孔が例えば異物によって詰まった場合、第１冷却水回路に冷却水を循環させることができない可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、バルブの開度を減じた状態であっても冷却水の流通を確保するための孔の詰まり量を推定しかつその推定精度を向上することができる内燃機関の冷却制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、ウォーターポンプと内燃機関との間で前記内燃機関を冷却する冷却水が循環する冷却回路と、前記内燃機関をバイパスして前記冷却水が循環するバイパス回路と、前記冷却回路の冷却水の温度を検出する第１水温センサと、前記バイパス回路の冷却水の温度を検出する第２水温センサと、前記冷却回路に設けられて開度を減じることにより前記冷却回路を循環する前記冷却水量を減少させかつ前記開度を増大することにより前記冷却回路を循環する前記冷却水量を増大させる切替弁と、前記切替弁の前記開度を減じている場合に前記冷却回路に少量の前記冷却水を循環させる流通部とを備えている内燃機関の冷却制御装置において、前記内燃機関の駆動を停止している場合に、前記切替弁の開度を減じると共に前記ウォーターポンプを駆動させかつ前記第１水温センサによって検出された前記冷却回路の冷却水の温度と、前記第２水温センサによって検出された前記バイパス回路の冷却水の温度との温度差の時間的な変化量に応じて前記流通部の詰まり量を推定する推定手段を備えていることを特徴とするものである。

また、この発明において、前記推定手段は、前記推定手段は、外気温が予め定めた温度よりも低い場合に、前記ウォーターポンプを駆動させている場合における前記温度差の変化量から、前記ウォーターポンプの駆動を停止した状態での前記外気温による前記温度差の変化量を減じた温度の変化量によって前記開度を減じている前記流通部の詰まり量を推定する手段を含むことができる。

さらに、この発明において、前記推定手段は、前回推定した詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも少ない場合に、今回の前記ウォーターポンプの駆動量を前記前回の前記ウォーターポンプの駆動量よりも減少させ、前記前回の詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも多い場合に前記今回の前記ウォーターポンプの駆動量を前記前回の前記ウォーターポンプの駆動量よりも増大させて今回の前記流通部の詰まり量を推定する手段を含むことができる。

そして、この発明において、前記推定手段は、前記内燃機関を搭載する車両の速度が速いほど、前記ウォーターポンプの駆動量を増大させて前記流通部の詰まり量を推定する手段を含むことができる。

また、この発明において、前記推定手段は、推定した前記詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも多くかつ予め定めた第２閾値よりも少ない場合に、前記ウォーターポンプの駆動量を増大し、前記詰まり量の推定値が予め定めた第２閾値よりも多い場合に前記切替弁の開度を増大する手段を含むことができる。

この発明に係る内燃機関の冷却制御装置によれば、例えば、切替弁の開度を減じている場合に、流通部が詰まっていると、冷却回路を冷却水が循環しないので冷却水を介した熱の移動がない。そのため、予め定めた時間が経過した後において、第１水温センサによって検出される冷却水温と、第２水温センサによって検出される冷却水温との温度差は大きくなる。一方、流通部が詰まっていない場合には、冷却水を介して熱が移動するので、上述した温度差の時間的な変化量は小さくなる。すなわち、流通部の詰まり量が多ければ上述した温度差の時間的な変化量が大きくなり、詰まり量が少なければ上述した温度差の時間的な変化量が小さくなる。この発明では、このような温度差の時間的な変化量に応じて流通部の詰まり量を推定するため、流通部の詰まり量の推定精度に優れた内燃機関の冷却制御装置を得ることができる。

また、この発明によれば、前回推定された詰まり量の推定値が第１閾値よりも少ない場合、今回のウォーターポンプの駆動量が前回のウォーターポンプの駆動量よりも小さくされるので、前回に比較して今回の詰まり量の推定精度を向上させることができる。

さらに、この発明によれば、例えば、駆動力源として内燃機関と電動機とを備えているハイブリッド車両が高速で走行している場合、内燃機関を駆動して走行している頻度が高いことにより内燃機関を駆動している時間が長い。そのため、ハイブリッド車両が高速で走行している場合、ウォーターポンプの駆動量を大きく設定することにより、速やかに詰まり量を推定することができる。また反対に、ハイブリッド車両が低速で走行している場合、電動機を駆動して走行している頻度が高いことにより内燃機関の運転を停止している時間が長い。そのため。ハイブリッド車両が低車速の場合は、ウォーターポンプの駆動量を小さく設定することにより詰まり量の推定精度を向上させることができる。

そして、この発明によれば、例えば、内燃機関の暖機が十分でなくかつ流通部の詰まり量が少ない場合に、切替弁の開度を増大すると、内燃機関を十分に暖機することができない可能性がある。そのため、詰まり量の推定値が第１閾値よりも多くかつ第２閾値よりも少ない場合には、ウォーターポンプの駆動量を増大することにより冷却回路を循環する冷却水量を確保する。詰まり量の推定値が第２閾値よりも多い場合は、切替弁の開度を増大することにより冷却回路を循環する冷却水量を確保する。

この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御の一例を示すフローチャートである。 ウォーターポンプの駆動デューティに応じた確保時間のマップの一例を示す図である。 初期の温度差ΔＴｉｎｉと、現時点での温度差ΔＴｎｏｗとの相関を模式的に示す図である。 温度差ΔＴｄ１に応じた詰まり量のマップの一例を示す図である。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による他の制御例を示すフローチャートである。 温度差ΔＴｄ２に応じた詰まり量のマップの一例を示す図である。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による更に他の制御例を示すフローチャートである。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置によるまた更に他の制御例を示すフローチャートである。 車速に応じたウォーターポンプの駆動デューティのマップの一例を示す図である。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による更にまた他の制御例を示すフローチャートである。 詰まり量に応じたウォーターポンプの駆動デューティを補正するための補正係数のマップの一例を示す図である。 この発明に係る内燃機関の冷却制御装置の一例を模式的に示す図である。

次にこの発明を具体的に説明する。この発明を適用することができる装置は、少なくとも車両に搭載される内燃機関の内部を通過させるように冷却水を循環させる回路と、内燃機関を通過させずに冷却水を循環させる回路とを備えている。また、上記の装置には、例えば内燃機関の温度と、車両の発進および停止ならびに車速を含む走行状態などとに応じて電気的に制御されることによりそれらの回路を切り替える電磁切替弁が設けられている。これに加えて、その電磁切替弁は内燃機関を通過させずに冷却水を循環させている場合であっても、内燃機関の内部を通過させるように冷却水を循環させる回路における冷却水の流動を完全には停止しないように構成されている。

上記の車両は例えば駆動力源として内燃機関と複数の電動機とを備えたハイブリッド車両である。そのハイブリッド車両は内燃機関および電動機で発生させた動力によって走行する走行モードや、内燃機関を停止して電動機で発生させた動力によって走行する走行モードなどの複数の走行モードを設定可能に構成されている。これらの走行モードは、例えば車速に応じて切り替えられるようになっている。また、上記の車両は、発進する場合に内燃機関を駆動し、車両を停止することに伴って内燃機関を停止するように構成された車両であってもよい。そのため、この発明における内燃機関は選択される走行モードや車両の走行状態に応じて駆動され、また停止されるように構成されている。内燃機関としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどを採用することができる。なお、上記の内燃機関は回転数や出力トルクを電気的に制御できるように構成されていることが好ましい。以下の説明では、この内燃機関をエンジン１と記す。電動機としては、モータとしての機能と発電機としての機能とを有する周知の交流モータを採用することができる。

図１２は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置の一例を模式的に示す図である。エンジン１のシリンダーブロックやシリンダーヘッドなどに図示しないウォータジャケットが設けられている。このウォータージャケットは、エンジン１で生じた熱を冷却水に熱伝達することによってエンジン１を冷却するようになっている。ウォータージャケットに冷却水を供給する電動式のウォーターポンプ２が設けられている。詳細は図示しないが、ウォーターポンプ２は回転させられて冷却水を送液するインペラと、そのインペラを回転させるモータとを備えている。上記のモータの回転数を電気的に制御することによりウォーターポンプ２の吐出量や吐出圧を変更することができるようになっている。

このウォーターポンプ２の構成について簡単に説明する。詳細は図示しないが、ウォーターポンプ２はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路を有している。ＰＷＭ回路は後述する電子制御装置から出力される制御信号に応じてウォーターポンプ２のモータの回転数をデューティ制御するための回路である。例えばウォーターポンプ２のモータに出力する駆動デューティを大きくするとモータの回転数が増大され、駆動デューティを小さくするとモータの回転数が低下されるようになっている。

ウォーターポンプ２の吐出ポートとウォータージャケットとが供給管３によって接続され、ウォーターポンプ２の吸入ポートとウォータージャケットとが戻り管４によって接続されている。ウォータージャケットと戻り管４との連結部分の近傍に、ウォータージャケットから流出した冷却水の温度を検出する第１水温センサ５が設けられている。また、戻り管４はラジエータ６に接続されている。ラジエータ６は冷却水と外気との間で熱交換を行うことにより、エンジン１の熱を奪って温度が上昇した冷却水を冷却するように構成されている。ラジエータ６の構成は従来知られているものと同様である。ラジエータ６において冷却された冷却水はサーモスタット７を介してウォーターポンプ２の吸入ポートに供給される。

サーモスタット７は、冷却水の温度が予め定めた温度以上の場合に、ラジエータ６への冷却水の流通を許容し、また反対に、冷却水の温度が予め定めた温度よりも低い場合に、ラジエータ６への冷却水の流通を禁止するようになっている。サーモスタット７の構成は従来知られているものと同様である。上記の予め定めた温度は一例としてエンジン１の暖機が完了しているか否かを判断するための温度である。これを以下の説明では暖機温度と記す。なお、サーモスタット７は、後述するバイパス管８から戻り管４に向けた冷却水の流動を常時許容するようになっている。

エンジン１をバイパスして供給管３と戻り管４とを接続するパイパス管８が設けられている。そのバイパス管８に、第２水温センサ９が設けられている。また、バイパス管８にエンジン１とラジエータ６との間の戻り管４から分岐した分岐管１０が接続されている。この分岐管１０に、電気的に制御されて分岐管１０を開閉することによりウォータージャケットに供給する冷却水の流量を変更する電磁切替弁１１が設けられている。

電磁切替弁１１の構成について簡単に説明する。この電磁切替弁１１は例えば、電圧が印加されている状態では開度を減じてウォータージャケットに供給する冷却水の流量を減少させるように構成されている。反対に、電圧が遮断されている状態では開度を増大してウォータージャケットに供給する冷却水の流量を増大させるように構成されている。また、電磁切替弁１１には、電圧を印加して電磁切替弁１１の開度を減じている場合であっても、分岐管１０における冷却水の流動を確保するため、図示しない流通部が設けられている。この流通部は、例えば電磁切替弁１１の入出力ポートを開閉する弁体を貫通する孔や切り欠きなどであってよい。流通部は電磁切替弁１１の上流側と下流側とを連通する管などであってもよい。この流通部を図１２に点線で示す。なお、分岐管１０の軸線方向に直交する分岐管１０の流路断面積に比較して、流通部の流路断面積は小さく形成されている。なおまた、電磁切替弁１１は、詳細は図示しないが、補機バッテリに電気的に接続されている。補機バッテリは車両に搭載されるヘッドライトやエアコンなどの補機を稼働させるための電源であって、ＤＣ−ＤＣコンバータを介してメインバッテリに接続されている。

上述した電磁切替弁１１やウォーターポンプ２を電気的に制御するための電子制御装置１２が設けられている。これを以下の説明ではＥＣＵ１２と記す。ＥＣＵ１２は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータなどに基づいて演算を行ってその演算の結果としての制御信号を電磁切替弁１１やウォーターポンプ２に出力するように構成されている。ＥＣＵ１２には、例えば、上述した各水温センサ５，９、エンジン回転数センサ、車速センサ、イグナイタなどの各種のセンサや装置からの信号が入力されるようになっている。

次に、図１２に示す構成の内燃機関の冷却制御装置の作用について簡単に説明する。例えばエンジン１を始動させた直後などのエンジン１の温度が低くかつ冷却水の温度が暖機温度よりも低い場合、ラジエータ６への冷却水の流通はサーモスタット７により禁止されている。一方、電磁切替弁１１は、エンジン１の暖機を促進するために、電磁コイル部１８に電圧が印加されてその開度が減じられている。ウォーターポンプ２から吐出された冷却水は、主として供給管３、バイパス管８、戻り管４の順に流通する。冷却水の少なくとも一部は電磁切替弁１１の流通部を流通する。このように、ウォータージャケットを通るように循環する冷却水量が減じられているため、ウォータージャケット内の冷却水の昇温が促進される。また少量であっても冷却水がウォータージャケットを流通しているため、ウォータージャケット内において、温度が高い箇所と、温度が低い箇所とが生じることが防止もしくは抑制されている。

冷却水の温度が暖機温度以下でかつ暖機温度よりも若干低い他の温度以上の場合、未だ冷却水の温度が暖機温度よりも低いことによりラジエータ６への冷却水の流通はサーモスタット７により禁止されている。当該他の温度を、以下の説明では半暖機温度と記す。一方、電磁切替弁１１は、ウォータージャケット内の冷却水の温度上昇を緩やかにするため、電圧が遮断されてその開度が増大されている。このような状態では、冷却水の一部は、供給管３、ウォータージャケット、分岐管１０、戻り管４の順に流通する。残りの冷却水は供給管３、バイパス管８、戻り管４の順に流通する。その結果、ウォータージャケットを流動する冷却水と、バイパス管８を流動する冷却水とがバイパス管路８や戻り管路４において混合されるので、電磁切替弁１１の開度を減じている場合に比較してウォータージャケット内の冷却水の温度上昇を緩やかにすることができる。

冷却水の温度が暖機温度以上の場合、ラジエータ６への冷却水の流通がサーモスタット７により許容されている。また、電磁切替弁１１の開度は増大されている。冷却水の一部は、ラジエータ６に供給されて冷却される。このラジエータ６において冷却された冷却水と、他の回路を通って循環する冷却水とが混合されかつウォーターポンプ２から吐出されて各回路を循環する。そのため、ウォータージャケット内の冷却水の温度が過度に上昇することを防止もしくは抑制することができる。なお、冷却水がウォータージャケットを通るように循環される回路がこの発明における冷却回路に相当し、冷却水がバイパス管８を通るように循環される回路がこの発明におけるバイパス回路に相当している。

この発明では、電磁切替弁１１の開度を減じている場合に、ウォータージャケットを通るように冷却水を循環させるための流通部の詰まり量を推定するように構成されている。詰まり量とは、一例として、流通部の流路断面積のうち、水垢や冷却水に混入した塵埃などの異物によって減じられた上記の流路断面積の割合（％）である。具体的には、詰まり量が１５％の場合とは、流通部の流路断面積のうち１５％が異物によって塞がれている場合である。図１は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートであって、ここに示すルーチンは予め定めた時間ごとに繰り返し実行される。

先ず、ウォータージャケットから流出した冷却水の温度Ｔｈｗが第１水温センサ５によって検出される。これをエンジン１側の冷却水温Ｔｈｗと記す。また、バイパス管８を流通している冷却水の温度Ｔｈｂが第２水温センサ９によって検出される。これをバイパス管８側の冷却水温Ｔｈｂと記す。エンジン１側の冷却水温Ｔｈｗからバイパス管８側の冷却水温Ｔｈｂを減じることにより温度差ΔＴｉｎｉが算出される。これを以下の説明では初期の温度差ΔＴｉｎｉと記す。この初期の温度差ΔＴｉｎｉが予め定めた温度差ΔＴｄｅｔ以上であるか否かが判断され、かつ、エンジン１を停止しているか否かが判断される（ステップＳ１）。

上記の予め定めた温度差ΔＴｄｅｔとは、予め定めた時間内において、流通部の詰まり量を判断することが可能な温度差であって、これは実験やシミュレーションなどにより予め求めることができる。ここに示す例では、温度差ΔＴｄｅｔは例えば２０℃である。エンジン１を停止しているか否かの判断は、例えば、現時点での車両の走行状態や、設定されている走行モード、あるいは、車速などによって行うことができる。初期の温度差ΔＴｉｎｉが予め定めた温度差ΔＴｄｅｔ以下であったり、エンジン１が駆動していることにより、ステップＳ１で否定的に判断された場合には、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。

初期の温度差ΔＴｉｎｉが予め定めた温度差ΔＴｄｅｔよりも高く、かつ、エンジン１を停止していることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、その初期の温度差ΔＴｉｎｉを一旦保存する。なお、この保存した初期の温度差ΔＴｉｎｉは後述するステップＳ４での制御に使用される。また、ウォーターポンプ２が駆動され、かつ、電磁切替弁１１の開度が減じられる（ステップＳ２）。具体的には、電磁切替弁１１の開度を減じて分岐管１０の流路断面積を絞る。そして、流通部を通るように冷却水を循環させる。なお、ウォーターポンプ２のモータを駆動するための駆動デューティは、例えば車両の走行状態に応じた任意の値に設定される。

その後、予め定めた時間ｔ１が経過したか否かが判断される（ステップＳ３）。この予め定めた時間について簡単に説明する。例えば、流通部の詰まり量が多い場合、流通部を通過する冷却水量は所期の水量よりも減少する。すなわち冷却水を介した熱の移動量が少ないので、各水温センサ５，９によって検出される冷却水の温度差が大きくなる。また反対に流通部の詰まり量が少ない場合は、詰まり量が多い場合に比較して流通部を通過する冷却水量は多くなる。すなわち冷却水を介した熱の移動量が多いため、各水温センサ５，９によって検出される冷却水の温度差は小さくなる。また上述した電磁切替弁１１の開度を減じる操作に対し、このような冷却水温の変化には不可避的な遅れがある。そのため、冷却水の温度変化のための時間を確保する必要がある。この確保時間が上述した予め定めた時間ｔ１である。図２は、ウォーターポンプ２の駆動デューティに応じた確保時間のマップの一例である。図２に示すようなマップを予め用意しておき、そのマップを使用して上記の確保時間を求めればよい。この確保時間は図２に示すように、ウォーターポンプ２の駆動デューティが大きい場合、流通部を流通する冷却水量が増大するため、短く設定される。また反対に、ウォーターポンプ２の駆動デューティが小さい場合、流通部を流通する冷却水量が減少するため、長く設定される。

予め定めた時間ｔ１が経過していないことによりステップＳ３で否定的に判断された場合には、このステップＳ３で肯定的に判断されるまで、このステップＳ３の制御が繰り返される。これに対して、予め定めた時間ｔ１が経過したことによりステップＳ３で肯定的に判断された場合には、現時点において、エンジン１側の冷却水温Ｔｈｗ（ｎｏｗ）が第１水温センサ５によって検出されるとともに、バイパス管８側の冷却水温度Ｔｈｂ（ｎｏｗ）が第２水温センサ９によって検出される。そして、エンジン１側の冷却水温Ｔｈｗ（ｎｏｗ）からバイパス管路８側の冷却水温Ｔｈｂ（ｎｏｗ）を減じることにより温度差ΔＴｎｏｗが算出される（ステップＳ４）。

次いで、流通部の詰まり量の推定値が算出される（ステップＳ５）。この詰まり量の推定値を算出する方法について説明する。図３は、初期の温度差ΔＴｉｎｉと、現時点での温度差ΔＴｎｏｗとの相関を模式的に示す図である。流通部に異物が詰まっていない場合や詰まり量が少ない場合、ウォータージャケットを通って冷却水が循環されるため、現時点での温度差ΔＴｎｏｗは小さくなる。一方、流通部が異物によって完全に詰まっている場合や詰まり量が多い場合、ウォータージャケット内に冷却水が留まるため、冷却水を介した熱の移動量が少ない。そのため、現時点での温度差ΔＴｎｏｗは詰まり量が少ない場合に比較して大きくなる。それらの結果、流通部における詰まり量がない場合は、図３に示すように、初期の温度差ΔＴｉｎｉから現時点での温度差ΔＴｎｏｗを減じて算出される差ΔＴｄ１は大きくなる。また反対に、流通部が異物によって詰まっている場合、初期の温度差ΔＴｉｎｉから現時点での温度差ΔＴｎｏｗを減じて算出される温度差ΔＴｄ１は小さくなる。このように予め定めた時間が経過した時点での温度差ΔＴｄ１が小さいほど詰まり量が大きいことになる。図４は、温度差ΔＴｄ１に応じた詰まり量の推定値のマップの一例である。この図４に示すようなマップを使用して差ΔＴｄ１に応じた流通部の詰まり量の推定値が算出される。

次いで、ステップＳ５で算出された流通部の詰まり量の推定値が予め定めた閾値ＰＶ１以上であるか否かが判断される（ステップＳ６）。この閾値ＰＶ１は、流通部における詰まり量の推定値を判断するための予め定められた値である。閾値ＰＶ１は一例として、１５％に設定されている。ステップＳ５で算出した詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも小さいことにより、このステップＳ６で否定的に判断された場合には、以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。これに対してステップＳ５で算出した詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも大きいことにより、ステップＳ６で肯定的に判断された場合には、電磁切替弁１１の開度が増大され、かつその状態が維持される（ステップＳ７）。その結果、ウォータージャケットから流出した冷却水は分岐管１０を流通するように循環される。この閾値ＰＶ１がこの発明における第１閾値に相当している。

このように、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置によれば、流通部の詰まり量を推定し、その詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも大きい場合は、流通部に詰まりが生じているとして電磁切替弁１１の開度が増大される。そのため、異物によって流通部が詰まったとしても、ウォータージャケットを通るような冷却水の循環を確保することができる。

図５は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による他の制御例を説明するためのフローチャートであって、ここに示す制御例は、外気温が予め定めた温度以下の場合に実行される。なお、この図５に示すフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じ処理については、図１と同じステップ番号を付してある。図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、外気温が予め定めた温度以下であるか否かが判断される（ステップＳ８）。これは、図示しない外気温センサによって行うことができる。予め定めた温度とは、例えば、自然放熱による冷却水の冷却を無視することができない温度であって、暖機温度に対して十分に低い温度を用いることができる。外気温が予め定めた温度以下でないことによりステップＳ８で否定的に判断された場合は、図１に示すフローチャートにおけるステップＳ１０２に進み、図１に示す制御が実行される。

外気温が予め定めた温度以下であることによりステップＳ８で肯定的に判断された場合には、ステップＳ３に進む。次いで、ウォーターポンプ２の運転が停止される（ステップＳ９）。その後、ウォーターポンプ２の運転を停止してから予め定めた時間ｔ２が経過したか否かが判断される（ステップＳ１０）。予め定めた時間ｔ２が経過していないことによりステップＳ１０で否定的に判断された場合は、このステップＳ１０で肯定的に判断されるまで、このステップＳ１０の制御が繰り返される。予め定めた時間ｔ２とは、図１のステップＳ３での制御と同様に、冷却水温の変化のために確保される時間である。

予め定めた時間ｔ２が経過したことによりステップＳ１０で肯定的に判断された場合には、外気温による冷却水の温度の低下分ΔＴｃｏｌｄが算出される（ステップＳ１１）。例えば、予め定めた時間ｔ２が経過した時点におけるエンジン１側の冷却水温Ｔｈｗ（ｃ）と、バイパス管８側の冷却水温Ｔｈｂ（ｃ）とが検出される。そして、初期の温度差ΔＴｉｎｉからそれらの温度Ｔｈｗ（ｃ）と、Ｔｈｂ（ｃ）と減じることにより、上記の温度低下分ΔＴｃｏｌｄが算出される。

その後、ウォーターポンプ２が駆動される（ステップＳ１２）。次いで、ステップＳ３に進み、上述した予め定めた時間ｔ１が経過したか否かが判断される。予め定めた時間ｔ１が経過したことによりステップＳ３で肯定的に判断された場合には、ステップＳ４に進み、現時点において、すなわちウォーターポンプ２が駆動している状態でのエンジン１側の冷却水温Ｔｈｗ（ｎｏｗ）と、バイパス管８の冷却水温Ｔｈｂ（ｎｏｗ）とが各水温センサ５，９によって検出される。そして、エンジン１側の冷却水温Ｔｈｗ（ｎｏｗ）からバイパス管路８側の冷却水温Ｔｈｂ（ｎｏｗ）を減じることにより温度差ΔＴｎｏｗが算出される。

次いで、初期の温度差ΔＴｉｎｉから外気温による冷却水の温度の低下分ΔＴｃｏｌｄを除いた流通部の詰まり量の推定値が算出される（ステップＳ１３）。具体的に説明すると、先ず、初期の温度差ΔＴｉｎｉから現時点での温度差ΔＴｎｏｗが減じられて温度差ΔＴｄ１が算出される。この温度差ΔＴｄ１は外気による冷却水の冷却分を含んでいる。そのため、この温度差ΔＴｄ１から外気による冷却水の温度の低下分ΔＴｃｏｌｄを除いた温度差ΔＴｄ２が下記式を使用して算出される。
ΔＴｄ２＝（ΔＴｉｎｉ−ΔＴｎｏｗ）−（ｔ１＋ｔ２）×ΔＴｃｏｌｄ

なお、詳細は図示しないが、温度差ΔＴｄ１と同様に、温度差ΔＴｄ２が小さいほど詰まり量は多い。図６は、温度差ΔＴｄ２に応じた詰まり量の推定値のマップの一例である。図６に示すようなマップを予め用意しておき、そのマップを使用して温度差ΔＴｄ２に応じた流通部の詰まり量の推定値が算出される。その後、図１に示すフローチャートにおけるステップＳ６に進む。

このように、図５に示す制御例によれば、流通部の詰まり量を推定する場合における外気温の影響を除くことができるので、詰まり量の推定値の推定精度を向上させることができる。すなわち、流通部が異物によって詰まっているにも拘わらず、詰まり量がない、あるいは詰まり量が少ないと推定されることを回避することができる。

図７は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による更に他の制御例を説明するためのフローチャートである。ここに示す制御例は、前回の流通部の詰まり量の推定値が予め定めた閾値ＰＶ１以上の場合に、今回の流通部の詰まり量の推定値の推定精度を向上させるように構成した例である。つまり、流通部が異物によって詰まっていないにも拘わらず、流通部が詰まっていると判断されることを回避するように構成した例である。なお、この図７に示すフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じ処理については、図１と同じステップ番号を付してある。

ステップＳ１での制御に続いて、前回のトリップで算出した流通部の詰まり量の推定値が予め定めた閾値ＰＶ１以下であるか否かが判断される（ステップＳ１４）。前回のトリップでの詰まり量の推定値が予め定めた閾値ＰＶ１以下であることによりこのステップＳ１４で肯定的に判断された場合は、今回のトリップにおいては、ウォーターポンプ２の駆動デューティが、前回のトリップにおける駆動デューティよりも小さく設定される（ステップＳ１５）。具体的に説明すると、前回のトリップでの詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以下の場合、今回のトリップにおいても、詰まり量の推定値は閾値ＰＶ１以下であると推定される。そのため、ウォーターポンプ２の駆動デューティを小さくすることによりウォーターポンプ２での電力消費量を抑制して燃費の向上を図りながら、以下の制御を実行する。前回のトリップにおけるウォーターポンプ２の駆動デューティが５０％である場合は、今回のトリップにおいては例えば駆動デューティが４０％に設定される。

これに対して、前回のトリップで流通部の詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも大きいことにより、ステップＳ１４で否定的に判断された場合には、ウォーターポンプ２の駆動デューティが最大値に設定される（ステップＳ１６）。電磁切替弁１１の開度を増大させることなく、ウォーターポンプ２の吐出量を増大することにより、ウォータージャケットを通るように循環される冷却水量を増大させる。

これらの制御に続いてもしくはこれらの制御と並行して、初期の温度差ΔＴｉｎｉが一旦保存されかつ電磁切替弁１１の開度が減じられる（ステップＳ１７）。その後、ステップＳ３に進み、予め定めた時間ｔ１が経過したか否かが判断される。

図７におけるステップＳ５で算出した今回のトリップでの詰まり量の推定値が閾値ＰＶ２以上であるか否かが判断される（ステップＳ１８）。この閾値ＰＶ２は上述した閾値ＰＶ１よりも大きい値に設定されており、例えば６０％である。今回のトリップでの流通部の詰まり量の推定値が閾値ＰＶ２以上であることにより肯定的に判断された場合には、異物によって流通部が塞がれている、すなわち異常が生じていると判断される。これに加えて、電磁切替弁１１の開度が増大されるとともに、その状態が維持される（ステップＳ１９）。

流通部における詰まり量の推定値が閾値ＰＶ２より小さいことによりステップＳ１８で否定的に判断された場合には、その詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上であるか否かが判断される（ステップＳ２０）。流通部の詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも小さいことによりステップＳ２０で否定的に判断された場合には、異物によって流通部が塞がれていない、すなわち正常であると判断される（ステップＳ２１）。これに対して、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上であることによりステップＳ２０で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２２に進む、ステップＳ２２では、流通部の詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上かつ閾値ＰＶ２よりも小さいことにより、暫定的に異常が生じていると判断される。これを仮異常判定と記す。なお、ステップＳ２２では、仮異常判定を行うことに加えて、次回のトリップにおける詰まり量の推定値の推定精度を今回の推定精度よりも向上させることが可能なウォーターポンプ２の駆動デューティを算出してもよい。そして、次回のトリップにおいて、このステップＳ２２で推定したウォーターポンプ２の駆動デューティを使用して詰まり量を推定するように構成してもよい。

このように、図７に示す制御例によれば、前回のトリップで推定した詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上の場合、今回のトリップにおいて、ウォーターポンプ２の駆動デューティを大きくした状態で詰まり量を推定するので、ウォーターポンプ２の駆動デューティが小さい場合に比較してウォータージャケット内での冷却水の滞留が抑制されている。そのため、今回のトリップでの詰まり量の推定値の推定精度を前回のトリップに比較して向上させることができる。

図８は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置によるまた更に他の制御例を説明するためのフローチャートである。ここに示す制御例は、流通部の詰まり量を推定する場合におけるウォーターポンプ２の駆動デューティを車速に応じて変更するように構成した例である。図８に示す制御例は、例えば、駆動力源として内燃機関と電動機とを備えているハイブリッド車両に適用することができる。図８に示すフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じ処理については、図１と同じステップ番号を付してある。ステップＳ１の制御に続いて、初期の温度差ΔＴｉｎｉが一旦保存され、かつ、車速に応じたウォーターポンプ２の駆動デューティが設定される（ステップＳ２３）。図９は、車速に応じたウォーターポンプ２の駆動デューティのマップの一例である。この図９に示すようなマップを予め用意しておき、そのマップを使用して上記の駆動デューティを求めればよい。なお、上記のマップにおいて、車速が予め定めた速度以上の場合、主としてエンジン１を駆動して走行する頻度が高いことによりエンジン１の発熱量が大きいため、ウォーターポンプ２の駆動デューティは最大値に設定される。また、車速は図示しない車速センサによって検出することができる。その後、図１のフローチャートにおけるステップＳ３に進む。

このように、図８に示す制御例によれば、上記のハイブリッド車両が低速で走行している場合、電動機を駆動して走行している頻度が高いことにより内燃機関の運転を停止している時間が長い。そのため、エンジン１を駆動している時間が短いので、高車速の場合に比較してウォーターポンプ２の駆動デューティを小さくして詰まり量を推定したとしても、その制御の途中でエンジン１が駆動される可能性が低い。そのため、高車速の場合に比較して詰まり量の推定精度を向上させることができる。また、循環する冷却水量を抑制することができるので、エンジン１の暖機を促進することができる。一方、ハイブリッド車両が高速で走行している場合、内燃機関を駆動して走行している頻度が高いことにより内燃機関を駆動している時間が長い。そのためウォーターポンプ２の駆動デューティを大きくすることにより、エンジン１の運転を停止している短い期間に、速やかに詰まり量の推定を行うことができる。

図１０は、この発明に係る内燃機関の冷却制御装置による更にまた他の制御例を説明するためのフローチャートである。ここに示す制御例は、電磁切替弁１１の開度を減じている場合に、ウォータージャケットを通って循環させる冷却水量を流通部の詰まり量の推定値に応じて変更するように構成した例である。なお、この図１０に示すフローチャートにおいて、図１のフローチャートと同じ処理については、図１と同じステップ番号を付してある。

図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ５の制御に続いて、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３以上であるか否かが判断される（ステップＳ２４）。この閾値ＰＶ３は上述した閾値ＰＶ１よりも大きくかつ閾値ＰＶ２よりも小さい値に設定されており、例えば５０％である。詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３以上であることによりステップＳ２４で肯定的に判断された場合には、電磁切替弁１１の開度が増大されかつその状態が維持される（ステップＳ２５）。すなわち、詰まり量の推定値が大きい場合は、ウォータージャケットから流出した冷却水は、分岐管１０を通って循環される。

詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３よりも小さいことによりステップＳ２４で否定的に判断された場合には、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上であるか否かが判断される（ステップＳ２６）。詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１よりも小さいことによりステップＳ２６で否定的に判断された場合には、このルーチンを一旦終了する。

これに対して、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ１以上であることによりステップＳ２６で肯定的に判断された場合には、詰まり量の推定値に応じた駆動デューティを設定するために、現時点においてウォーターポンプ２に出力している駆動デューティを補正する補正係数が算出される（ステップＳ２７）。図１１は、詰まり量の推定値に応じた補正係数のマップである。この図１１に示すようなマップを予め用意しておき、そのマップを使用して上記の補正係数を求めればよい。

次いで、上記の補正係数によって補正した駆動デューティが設定される（ステップＳ２８）。具体的には、現時点でのウォーターポンプ２の駆動デューティに、上記の補正係数を乗算して算出された駆動デューティがウォーターポンプ２に出力される。詰まり量の推定値が１５％以上かつ５０％未満の場合に、その詰まり量の推定値に応じた補正係数によってウォーターポンプ２の吐出量が増大される。なお、この補正係数を乗算して算出される駆動デューティの最大値は、その駆動デューティをウォーターポンプ２に出力したとしても、燃費を悪化させない値である。これは実験やシミュレーションなどにより予め求めることができる。すなわち、燃費を悪化させずにウォーターポンプ２の駆動デューティを増大させることにより、ウォータージャケットを通って循環する冷却水量を確保することができる詰まり量の推定値の範囲が、上述した閾値ＰＶ１以上かつ閾値ＰＶ３未満の範囲である。一方、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３以上の場合は、ウォーターポンプ２の駆動デューティを増大させて循環する冷却水量を確保すると、燃費が悪化する可能性がある。そのため、電磁切替弁１１の開度が増大される。

このように、図１０に示す制御例によれば、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３よりも小さい場合には電磁切替弁１１の開度は増大されないので、エンジン１がオーバークールされることを防止もしくは抑制することができる。また、詰まり量の推定値が閾値ＰＶ３以上の場合には電磁切替弁１１の開度が増大されるので、ウォーターポンプ２の駆動デューティを過剰に増大させることのよる燃費の悪化を防止もしくは抑制することができる。

ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ２ないしステップＳ６、および、ステップＳ８ないしステップＳ１３、ならびに、ステップＳ１４ないしステップＳ１６、そしてステップＳ２３の制御を実行する機能的手段が、この発明における「推定手段」に相当する。

Claims (5)

1. ウォーターポンプと内燃機関との間で前記内燃機関を冷却する冷却水が循環する冷却回路と、前記内燃機関をバイパスして前記冷却水が循環するバイパス回路と、前記冷却回路の冷却水の温度を検出する第１水温センサと、前記バイパス回路の冷却水の温度を検出する第２水温センサと、前記冷却回路に設けられて開度を減じることにより前記冷却回路を循環する前記冷却水量を減少させかつ前記開度を増大することにより前記冷却回路を循環する前記冷却水量を増大させる切替弁と、前記切替弁の前記開度を減じている場合に前記冷却回路に少量の前記冷却水を循環させる流通部とを備えている内燃機関の冷却制御装置において、
   前記内燃機関の駆動を停止している場合に、前記切替弁の開度を減じると共に前記ウォーターポンプを駆動させかつ前記第１水温センサによって検出された前記冷却回路の冷却水の温度と、前記第２水温センサによって検出された前記バイパス回路の冷却水の温度との温度差の時間的な変化量に応じて前記流通部の詰まり量を推定する推定手段を備えている
   ことを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 前記推定手段は、外気温が予め定めた温度よりも低い場合に、前記ウォーターポンプを駆動させている場合における前記温度差の変化量から、前記ウォーターポンプの駆動を停止した状態での前記外気温による前記温度差の変化量を減じた温度の変化量によって前記開度を減じている前記流通部の詰まり量を推定する手段を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却制御装置。
3. 前記推定手段は、前回推定した詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも少ない場合に、今回の前記ウォーターポンプの駆動量を前記前回の前記ウォーターポンプの駆動量よりも減少させ、前記前回の詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも多い場合に前記今回の前記ウォーターポンプの駆動量を前記前回の前記ウォーターポンプの駆動量よりも増大させて今回の前記流通部の詰まり量を推定する手段を含む
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の冷却制御装置。
4. 前記推定手段は、前記内燃機関を搭載する車両の速度が速いほど、前記ウォーターポンプの駆動量を増大させて前記流通部の詰まり量を推定する手段を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。
5. 前記推定手段は、推定した前記詰まり量の推定値が前記第１閾値よりも多くかつ予め定めた第２閾値よりも少ない場合に、前記ウォーターポンプの駆動量を増大し、前記詰まり量の推定値が予め定めた第２閾値よりも多い場合に前記切替弁の開度を増大する手段を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の冷却制御装置。

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