JP6306529B2 - 車両用内燃機関の冷却装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用内燃機関の冷却装置及び制御方法に関し、詳しくは、外気温度が低い状態で冷却水の循環を制御する技術に関する。

特許文献１には、外気温度が低温である冬期において冷却水温を高めに保持する冷却水用サーモスタットが開示されている。

特開昭６１−１０１６１７号公報

車両用内燃機関の冷却装置の冷却水循環路には、油圧式自動変速機などの油圧機構の作動油を加熱するオイルウォーマーや車両暖房用のヒータコアなどの加熱用熱交換器が備えられる場合がある。
上記加熱用熱交換器における加熱性能は外気温度に影響され、冷却水温が同じ条件の場合、外気温度が低い冬期では、熱交換器通過後のオイルや空気の温度が外気温度の高い夏期に比べて低い状態を維持してしまう場合があった。また、内燃機関の潤滑油の温度も、外気温度が低い冬期では、外気温度が高い場合（夏期）に比べて低くなってしまう場合があった。

ここで、外気温度が低いときに外気温度が高いときに比べて冷却水温を高くすれば、熱交換器通過後のオイル温度などを外気温度が高い状態での温度に近づけることができる。
しかし、冷却水温、換言すれば、シリンダヘッドの温度を高くすると、ノッキングなどの異常燃焼が発生し易くなるため、異常燃焼を十分に抑制できる範囲内でしか冷却水温を上昇させることができない。
このため、外気温度が低いときに冷却水温を高くするだけでは、加熱用熱交換器の加熱性能を十分に得ることが難しく、内燃機関や変速機のフリクションを十分に低下させることができずに燃費性能が低下したり、暖房性能が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は、外気温度が低いときに、異常燃焼の発生を十分に抑制しつつ暖機性能を向上させることができる、車両用内燃機関の冷却装置及び制御方法を提供することを目的とする。

そのため、本発明は、その一態様として、外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べて、バイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くするとともに電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして冷却水の循環流量を増やし、前記低外気温状態であるときに、冷却水温が、前記高外気温状態での第１目標水温より高い前記低外気温状態での第２目標水温に達した後、前記第２目標水温より高い上限水温を冷却水温が超えたときに、バイパスラインを循環する冷却水の流量を減らす。

また、本発明は、その一態様として、外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べてバイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くするとともに、前記高外気温状態での第１目標水温よりも高い前記低外気温状態での第２目標水温に冷却水温が達してから電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして、前記高外気温状態であるときに比べて冷却水の循環流量を増やす。

上記発明によると、熱交換における放熱量は、入口温度が高くなるほど大きくなるとともに流量が多くなるほど大きくなるから、入口温度に相当する冷却水温を高くするとともに流量に相当する冷却水の循環流量を増やすことで放熱量が大きくなる。これにより、低外気温状態において、冷却水温を過剰に高めずに、加熱用熱交換器において冷却水で加熱される流体の温度を十分に高めることができ、フリクションの低減などによって内燃機関の燃費性能が向上する。

本発明の実施形態における内燃機関の冷却装置のシステム概略図である。 本発明の実施形態における流量制御弁の制御特性を例示するタイムチャートである。 本発明の実施形態における低外気温状態での流量制御弁及び電動式ウォータポンプの制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における外気温度と電動式ウォータポンプの吐出流量の増大分との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における低外気温状態での冷却水温、流量制御弁のロータ角度、及び、電動式ウォータポンプの吐出流量の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る車両用内燃機関の冷却装置の一例を示す構成図である。
なお、本願において、冷却水は、日本工業規格のK 2234で標準化されている不凍液（Engine antifreeze coolants）などの車両用内燃機関の冷却装置に用いられる種々の冷却液を含む。

車両用内燃機関１０は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を有してなり、内燃機関１０の出力軸には、動力伝達装置の一例としての変速機２０が接続され、変速機２０の出力が図示省略した車両の駆動輪に伝達される。
内燃機関１０の冷却装置は、冷却水を循環させる水冷式冷却装置であり、電気式アクチュエータによって動作する流量制御弁３０、電動モータで駆動される電動式ウォータポンプ４０、ラジエータ５０、内燃機関１０に設けた冷却水通路６０、これらを接続する配管７０などで構成される。

内燃機関１０には、冷却水通路６０として、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の一方端に設けた冷却水入口１３とシリンダヘッド１１の気筒配列方向の他方端に設けた冷却水出口１４とを接続してシリンダヘッド１１内に延設されるヘッド側冷却水通路６１を設けてある。
また、内燃機関１０には、冷却水通路６０として、ヘッド側冷却水通路６１から分岐してシリンダブロック１２に至り、シリンダブロック１２内に延設されてシリンダブロック１２に設けた冷却水出口１５に接続されるブロック側冷却水通路６２を設けてある。シリンダブロック１２の冷却水出口１５は、ヘッド側冷却水通路６１の冷却水出口１４が設けられる側と同じ気筒配列方向の端部に設けられる。

このように、図１に例示した冷却装置において、シリンダブロック１２には、シリンダヘッド１１を経由して冷却水が供給され、シリンダヘッド１１を通過した冷却水は冷却水出口１４から排出され、シリンダヘッド１１に流入した後シリンダブロック１２内を通過した冷却水は冷却水出口１５から排出される。
シリンダヘッド１１の冷却水出口１４には、第１冷却水ラインを構成する第１冷却水配管７１の一端が接続され、第１冷却水配管７１の他端は、ラジエータ５０の冷却水入口５１に接続される。

シリンダブロック１２の冷却水出口１５には、第２冷却水ラインを構成する第２冷却水配管７２の一端が接続され、第２冷却水配管７２の他端は、流量制御弁３０の４つの入口ポート３１−３４のうちの第１入口ポート３１に接続される。
第２冷却水配管７２の途中には、内燃機関１０の潤滑油を冷却するためのオイルクーラー１６を設けてあり、オイルクーラー１６は、第２冷却水配管７２内を流れる冷却水と内燃機関１０の潤滑油との間で熱交換を行う。

また、第４冷却水ラインを構成する第３冷却水配管７３は、一端が第１冷却水配管７１に接続され、他端が流量制御弁３０の第２入口ポート３２に接続される。第３冷却水配管７３は途中には、油圧機構である変速機２０の作動油を加熱するための熱交換器であるオイルウォーマー２１が設けられる。
オイルウォーマー２１は、第３冷却水配管７３内を流れる冷却水と変速機２０の作動油との間で熱交換を行う。つまり、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を分流させて水冷式のオイルウォーマー２１に導き、オイルウォーマー２１において作動油を加熱させる。

更に、第３冷却水ラインを構成する第４冷却水配管７４は、一端が第１冷却水配管７１に接続され、他端が流量制御弁３０の第３入口ポート３３に接続される。第４冷却水配管７４には、各種の熱交換デバイスが設けられている。
第４冷却水配管７４に配設される熱交換デバイスは、上流側から順に、車両暖房用のヒータコア９１、内燃機関１０の排気還流装置を構成する水冷式のＥＧＲクーラ９２、同じく排気還流装置を構成する排気還流制御弁９３、内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットルバルブ９４である。

ヒータコア９１は、第４冷却水配管７４を流れる冷却水と空調空気との間で熱交換を行わせ、空調空気を暖める加熱用熱交換器である。
ＥＧＲクーラ９２は、排気還流装置によって内燃機関１０の吸気系に還流される排気と第４冷却水配管７４を流れる冷却水との間で熱交換を行わせ、内燃機関１０の吸気系に還流される排気の温度を低下させるデバイスである。

また、還流排気量を調整する排気還流制御弁９３及び内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットルバルブ９４は、第４冷却水配管７４を流れる冷却水との間で熱交換を行うことで暖められるように構成される。排気還流制御弁９３及びスロットルバルブ９４を冷却水で加熱することで、排気中や吸気中に含まれる水分が排気還流制御弁９３やスロットルバルブ９４の周辺で凍結することを抑制する。

このように、シリンダヘッド１１を通過した冷却水を分流させて、ヒータコア９１、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４に導き、これらとの間での熱交換を行わせる。
また、第５冷却水配管７５は、一端がラジエータ５０の冷却水出口５２に接続され、他端が流量制御弁３０の第４入口ポート３４に接続される。

流量制御弁３０は、１つの出口ポート３５を有し、この出口ポート３５には第６冷却水配管７６の一端が接続される。第６冷却水配管７６の他端は、ウォータポンプ４０の吸込口４１に接続される。
そして、ウォータポンプ４０の吐出口４２には第７冷却水配管７７の一端が接続され、第７冷却水配管７７の他端は、シリンダヘッド１１の冷却水入口１３に接続される。

また、第３冷却水配管７３、第４冷却水配管７４が接続される部分よりも下流側の第１冷却水配管７１に一端が接続され、他端が第６冷却水配管７６に接続される第８冷却水配管７８（バイパス配管）を設けてある。
流量制御弁３０は、前述したように４つの入口ポート３１−３４と１つの出口ポート３５とを有し、入口ポート３１−３４には冷却水配管７２，７３，７４，７５がそれぞれ接続され、出口ポート３５には第６冷却水配管７６が接続される。

流量制御弁３０は、回転式の流路切替バルブであり、ポートが形成されたステータに、流路が形成されたロータを嵌装し、ロータを電動モータなどの電動アクチュエータで回転駆動してステータに対するロータの相対角度を変更する機構のバルブである。
そして、係る回転式の流量制御弁３０では、ロータ角度に応じて４つの入口ポート３１−３４の開口面積割合が変化し、ロータ角度の選定によって所望の開口面積割合、換言すれば、所望の流量割合が各冷却水ラインで得られるように、ステータのポート及びロータの流路が適合されている。

上記構成の冷却装置において、ヘッド側冷却水通路６１と第１冷却水配管７１とによって、シリンダヘッド１１及びラジエータ５０を経由する第１冷却水ラインが構成され、ブロック側冷却水通路６２と第２冷却水配管７２とによって、シリンダブロック１２を経由しラジエータ５０を迂回する第２冷却水ラインが構成される。
また、ヘッド側冷却水通路６１と第４冷却水配管７４とによって、シリンダヘッド１１及びヒータコア９１を経由しラジエータ５０を迂回する第３冷却水ラインが構成され、ヘッド側冷却水通路６１と第３冷却水配管７３とによって、シリンダヘッド１１及び変速機２０のオイルウォーマー２１を経由しラジエータ５０を迂回する第４冷却水ラインが構成される。
更に、第８冷却水配管７８によって、シリンダヘッド１１とラジエータ５０との間の第１冷却水ラインから冷却水の一部が分流され、分流された冷却水はラジエータ５０を迂回して流量制御弁３０の流出側に合流する。

このように、上述した第１冷却水ライン、第２冷却水ライン、第３冷却水ライン及び第４冷却水ラインそれぞれの出口が流量制御弁３０の入口ポートに接続され、流量制御弁３０の出口ポートにはウォータポンプ４０の吸引口が接続される。
そして、流量制御弁３０は、各冷却水ラインの出口の開口面積を調整することで、第１冷却水ライン、第２冷却水ライン、第３冷却水ライン及び第４冷却水ラインへの冷却水の供給量、換言すれば、各冷却水ラインへの冷却水の分配割合を制御する流路切り替え機構である。

流量制御弁３０による流路切替えのパターンは、以下に概説する第１から第４の流路切替えパターンの４つに大別される。
流量制御弁３０は、ロータ角度がストッパで規制される基準角度位置から所定角度範囲内では、入口ポート３１−３４を全て閉じる第１の流路切替えパターンに切り替わる。

なお、第１の流路切替えパターンにおける入口ポート３１−３４を閉じる状態は、入口ポート３１−３４の開口面積を零とする状態の他、入口ポート３１−３４の開口面積を漏れ流量が発生する程度の最小開口面積とする状態を含むものとする。
また、ロータ角度は、基準角度位置からの回転角度で表すものとする。

流量制御弁３０のロータ角度を第１の流路切替えパターンの角度領域よりも増加させると、ヒータコア冷却水ライン（第３冷却水ライン）の出口が接続される第３入口ポート３３の開口面積が所定開度にまで増大する第２の流路切替えパターンに切り替わる。
第２の流路切替えパターンにおける第３入口ポート３３の所定開度は、第３入口ポート３３の最大開口面積よりも小さい中間開口面積であって、第２の流路切替えパターンにおける上限開度である。

第３入口ポート３３が一定開度にまで開く第２の流路切替えパターンの角度領域から更にロータ角度を増大させると、ブロック冷却水ライン（第２冷却水ライン）の出口が接続される第１入口ポート３１が開き出し、第１入口ポート３１の開口面積がロータ角度の増大に応じて漸増する第３の流路切替えパターンに切り替わる。
第１入口ポート３１が開き出すロータ角度よりも大きい角度位置で、動力伝達系冷却水ライン（第４冷却水ライン）の出口が接続される第２入口ポート３２が所定開度まで開く第４の流路切替えパターンに切り替わる。

第４の流路切替えパターンにおける第２入口ポート３２の所定開度は、第２入口ポート３２の最大開口面積よりも小さい中間開口面積であって、第４の流路切替えパターンにおける上限開度である。
更に、第２入口ポート３２が一定開度まで開くロータ角度よりも大きな角度位置で、ラジエータ冷却水ライン（第１冷却水ライン）の出口が接続される第４入口ポート３４が開き出し、第４入口ポート３４の開口面積がロータ角度の増大に応じて漸増する第５の流路切替えパターンに切り替わる。
なお、第４入口ポート３４が開口面積は、開き始めの当初は第１入口ポート３１の開口面積よりも小さいが、ロータ角度の増大に応じて第１入口ポート３１の開口面積よりも大きくなるように設定される。

上記の電動式ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０は、電子制御装置（制御部）１００によって制御される。電子制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるマイクロコンピュータを備えて構成される。
電子制御装置１００は、冷却装置の動作状態や動作条件などを検出する各種センサからの検出信号を入力し、係る検出信号に基づき操作量を演算して電動式ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０のアクチュエータに操作信号を出力することで、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を制御するとともに、流量制御弁３０のロータ角度を制御して各冷却水ラインの流量割合を制御する。

電子制御装置１００に検出信号を出力するセンサとして、冷却水出口１４近傍の第１冷却水配管７１内の冷却水温度、つまり、シリンダヘッド１１の出口付近の冷却水温ＴＷ１を検出する第１温度センサ８１と、冷却水出口１５近傍の第２冷却水配管７１内の冷却水温度、つまり、シリンダブロック１２の出口付近で冷却水温ＴＷ２を検出する第２温度センサ８２と、外気温度ＴＡを検出する外気温度センサ８３とを設けてある。
また、電子制御装置１００には、内燃機関１０の運転のオンオフを切り替えるエンジンスイッチ（イグニッションスイッチ）８４の信号が入力される。

次に、内燃機関１０の暖機過程における流量制御弁３０の流路の切替え特性を、図２を参照して説明する。
まず、電子制御装置１００は、内燃機関１０の冷機始動時に、流量制御弁３０のロータ角度を入口ポート３１−３４が全て閉じる所定位置に制御し、冷却水がシリンダヘッド１１を通過した後にラジエータ５０を迂回して循環するようにする。
なお、冷機始動とは、冷却水温ＴＷ１及び冷却水温ＴＷ２が冷機判定温度よりも低い状態で、内燃機関１０が始動される状態である。

ラジエータ５０を迂回して冷却水が循環する状態で冷却水が内燃機関１０から熱を奪って温度上昇し、第１温度センサ８１で検出されるシリンダヘッド出口での水温ＴＷ１がシリンダヘッド１１の暖機完了を示す温度に達すると（図２の時刻ｔ１）、電子制御装置１００は、ヒータコア冷却水ライン（第３入口ポート３３）が開く角度位置にまで流量制御弁３０のロータ角度を増加させ、ヒータコア９１、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４への冷却水の供給を開始させる。

次いで、第２温度センサ８２で検出されるシリンダブロック出口での水温ＴＷ２が設定温度に達すると（図２の時刻ｔ２）、電子制御装置１００は、ブロック冷却水ラインが開く角度位置にまでロータ角度を増加させ、シリンダブロック１２への冷却水の供給を開始させる。
そして、シリンダブロック１２への冷却水の供給を開始してからシリンダブロック出口での水温ＴＷ２が所定温度だけ上昇し、目標温度ＴＴ２付近に達すると（図２の時刻ｔ３）、電子制御装置１００は、動力伝達系冷却水ラインが開く角度位置までロータ角度を増加させ、オイルウォーマー２１への冷却水の供給を開始させる。

以上のようにして内燃機関１０の暖機が完了すると、電子制御装置１００は、シリンダヘッド出口での水温ＴＷ１を目標温度ＴＴ１付近に維持し、シリンダブロック出口での水温ＴＷ２をシリンダヘッド１１の目標温度ＴＴ１よりも高い目標温度ＴＴ２に維持するように、温度上昇（図２の時刻ｔ４）に応じてラジエータ冷却水ラインを開く角度位置までロータ角度を増大させ、ラジエータ冷却水ラインの開口面積、つまり、ラジエータ５０を循環する冷却水の流量を調整する。

つまり、電子制御装置１００は、内燃機関１０の暖機の進行に伴って流量制御弁３０のロータ角度を増大させ、暖機完了後は、ラジエータ冷却水ラインの開口面積を調整することで、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２の温度を調整する。
また、電子制御装置１００は、水温上昇に応じて流量制御弁３０のロータ角度を制御するとともに、水温上昇に応じて電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増やし、暖機を促進しつつ目標温度を超えるオーバーヒートの発生を抑制する。

詳細には、シリンダヘッド出口での水温ＴＷ１がシリンダヘッド１１の暖機完了を示す温度に達するまでの期間である時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間は、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を最小流量付近に維持し、時刻ｔ１後に吐出流量を最小流量よりも多い所定流量ｆ１にまで増加させる。
吐出流量を前記所定流量ｆ１に保持させている状態で、シリンダブロック出口での水温ＴＷ２が時刻ｔ２にて設定温度に達すると、ブロック冷却水ラインの開口面積の増大に応じて電動式ウォータポンプ４０の吐出流量が漸増される。

そして、動力伝達系冷却水ラインが開口される時刻ｔ３においては、動力伝達系冷却水ラインへの冷却水の供給開始に応じて電動式ウォータポンプ４０の吐出流量が増大され、その後は、水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度付近に維持されるように電動式ウォータポンプ４０の吐出流量が増減される。
更に、電子制御装置１００は、外気温度ＴＡが閾値ＳＬ（例えば、閾値ＳＬ＝０℃）を下回る低外気温状態であるか、外気温度ＴＡが閾値ＳＬを上回る高外気温状態（常温状態、標準温度状態）であるかによって、電動式ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０の制御を切り替える。
なお、図２の制御特性は、高外気温状態での特性を示す。

図３のフローチャートは、電子制御装置１００によって実施される低外気温状態での暖機後の電動式ウォータポンプ４０及び流量制御弁３０の制御の流れを示す。
なお、図３のフローチャートに示すルーチンは、電子制御装置１００によって所定時間毎に割り込み実行される。

図３のフローチャートにおいて、電子制御装置１００は、ステップＳ１０１で、外気温度センサ８３で検出された外気温度ＴＡと、低外気温状態を判定するための閾値ＳＬとを比較する。
そして、外気温度ＴＡが閾値ＳＬを超える高外気温状態である場合、電子制御装置１００は、ステップＳ１１６へ進み、高外気温状態に適合する標準制御を実施する。ステップＳ１１６の標準制御は、図２のタイムチャートに例示される。

一方、外気温度ＴＡが閾値ＳＬ以下である低外気温状態である場合、電子制御装置１００は、ステップＳ１０２へ進み、冷却水温が目標温度（暖機完了判定温度）に達している内燃機関１０の暖機完了状態であるか否かを判別する。
電子制御装置１００は、ステップＳ１０２において、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴ１，ＴＴ２に達しているか否かを判別することで、内燃機関１０の暖機が完了しているか否かを検出する。つまり、電子制御装置１００は、ステップＳ１０２において、図２における時刻ｔ３の冷却水温状態になっているか否かを判別する。

内燃機関１０の暖機が完了していない場合、電子制御装置１００は、ステップＳ１１６へ進み、高外気温状態に適合する標準制御を実施する。
一方、低外気温状態であって内燃機関１０の暖機が完了している場合、電子制御装置１００は、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３で、電子制御装置１００は、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増大させる制御を実施したときに立ち上げられるフラグＦの判定を行う。
上記フラグＦは、初期値が零であり、後述するように、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を高外気温状態に比べて増大させたときに「１」に立ち上げるように構成されている。

暖機完了直後のフラグＦが零である状態では、電子制御装置１００は、ステップＳ１０４に進み、高外気温状態においてステップＳ１１６で用いる目標温度である目標値ＴＴ１，ＴＴ２よりもそれぞれ所定温度ΔＴ（例えば、ΔＴ＝４℃）だけ高い目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２（ＴＴＬ１＝ＴＴ１＋ΔＴ、ＴＴＬ２＝ＴＴ２＋ΔＴ）を低外気温状態での目標温度とする。
つまり、電子制御装置１００は、低外気温状態であるときに、暖機後の冷却水温度の目標値を高外気温状態であるときよりも高く変更することで、冷却水温を高外気温状態であるときよりも高くする。

次いで、電子制御装置１００は、ステップＳ１０５に進み、流量制御弁３０のロータ角度を、ラジエータ冷却水ラインが開き始める角度位置付近に保持する設定を行うことで、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を最小量（最小量は零を含む）に維持させる。
高外気温状態では、暖機完了時点の冷却水温を維持するように、ラジエータ冷却水ラインへの冷却水循環量を増やして冷却水温の上昇を抑制するが、低外気温状態では、前述のように、冷却水温を暖機完了時よりも高めるため、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を最小量（最小量は零を含む）に維持させ、冷却水温の上昇を待つ。

つまり、電子制御装置１００は、低外気温状態であるときには高外気温状態であるときに比べて、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を少なくし、ラジエータ５０をバイパスするバイパスラインを循環する冷却水の流量を増やす。
ここで、ラジエータ５０に冷却水を循環させるラジエータ冷却水ラインは第１冷却水ラインであり、ラジエータ５０をバイパスして冷却水を循環させるラインには、第２冷却水ライン、第３冷却水ライン、第４冷却水ライン、第８冷却水配管７８が含まれる。
ラジエータ循環流量を最小量に維持している状態で、電子制御装置１００は、ステップＳ１０６へ進み、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで上昇したか否かを判別する。

ここで、電子制御装置１００は、冷却水温ＴＷ１が目標温度ＴＴＬ１付近に達し、かつ、冷却水温ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ２に達しているか否かを判別するか、若しくは、冷却水温ＴＷ１と冷却水温ＴＷ２との少なくとも一方が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２に達しているか否かを判別することができる。更に、電子制御装置１００は、低外気温状態での平均目標水温ＴＴＡＶを設定し、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２の平均値が平均目標水温ＴＴＡＶに達しているか否かを判別することができる。

また、内燃機関１０における冷却水出口が１箇所であって当該出口に水温センサを配置する冷却装置の場合、電子制御装置１００は、ステップＳ１０６において、冷却水出口温が低外気温状態での目標温度に達しているか否かを判別することができる。
そして、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近に達していない場合、つまり、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２よりも低い間は、電子制御装置１００は、図３のフローチャートの割り込み処理を終了させ、ラジエータ循環流量を最小量に維持させる。

ラジエータ循環流量を最小量に維持させることで冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が漸増し、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近に達すると、電子制御装置１００は、ステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７で、電子制御装置１００は、前記フラグＦを１に立ち上げる。

次いで、電子制御装置１００は、ステップＳ１０８に進み、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を、高外気温状態での制御で決定される標準吐出流量（換言すれば、高外気温状態での吐出流量）よりも所定流量だけ増大させる。
これにより、低外気温状態であるときに、高外気温状態であるときよりも高い温度の冷却水が、高外気温状態であるときよりも多い流量で、車両暖房用のヒータコア９１や変速機２０のオイルウォーマー２１などの熱交換器に供給されることになる。

ヒータコア９１などの熱交換器における放熱量Ｑ（Ｗ）は、ρを流体密度（kg/L）、ｃを流体の比熱（kcal/(kg・℃)）、Ｖを流体流量（L/min）、Tinを流体の入口温度（℃）、Toutを流体の出口温度（℃）としたときに、下記数式（１）で表される。
Ｑ＝ρｃＶ（Tin−Tout）…数式（１）

低外気温状態であるときに、高外気温状態であるときに比べて、冷却水温を高くするとともに電動式ウォータポンプ４０の吐出流量（換言すれば、冷却水の循環流量）を増量させると、上記数式（１）の流体入口温度Tinが増加するとともに流体流量Ｖが増加して、放熱量Ｑが増加することになる。
例えば、外気温度とは無関係に放熱量Ｑが一定であると、低外気温状態であるときは、高外気温状態であるときに比べて作動油などの温度が低下し、これにより、変速機２０のフリクションが増して内燃機関１０の燃費性能が低下することになってしまう。

これに対し、低外気温状態であるときに高外気温状態であるときに比べて放熱量Ｑが増加させれば、ヒータコア９１やオイルウォーマー２１などの加熱用熱交換器における加熱性能が増し、低外気温状態であっても変速機２０の作動油などの温度が高外気温状態での温度に近づき、変速機２０のフリクションなどを十分に小さくすることができ、以って、低外気温状態での燃費性能を改善することができる。

更に、低外気温状態で放熱量Ｑを増加させる場合に、冷却水温を高くするとともに電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させれば、内燃機関１０における異常燃焼の発生を抑制しつつ放熱量Ｑをより高くでき、作動油の温度をより高くしてフリクションの低減効果を高めることができる。

例えば、低外気温状態であるときに、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量（L/min）を高外気温状態と略同等に維持する一方で冷却水温（℃）を高外気温状態よりも高くすれば、放熱量Ｑ（Ｗ）は増えることになる。しかし、冷却水温を高くするとともに電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させた場合と同等に放熱量Ｑ（Ｗ）は増やすためには、冷却水温をより高くする必要が生じることは数式（１）から明らかである。

一方、内燃機関１０の冷却装置において、冷却水温、換言すれば、シリンダヘッドの温度が高くなると、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼が発生し易くなるため、冷却水温の上昇は異常燃焼の発生が十分に抑制できる上限温度以下に限定する必要がある。このため、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量（L/min）を高外気温状態と略同等に維持する一方で冷却水温（℃）を高外気温状態よりも高くする場合の放熱量Ｑは冷却水温を上限温度まで高めたときの値が最大値ＭＡＸ１となる。

従って、冷却水温を上限温度付近にまで上昇させた上で電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させれば、異常燃焼の発生を抑制できる冷却水温度に制限しつつ、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を変更しない場合の最大値ＭＡＸ１よりも放熱量Ｑをより高くでき、作動油の温度をより高くすることが可能となり、フリクションの低減効果を促進できる。
つまり、ステップＳ１０４において設定される低外気温状態での目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２（目標温度の上昇幅ΔＴ）は、異常燃焼の発生を十分に抑制できる範囲内の温度であり、係る温度設定では得られないより大きな放熱量Ｑを、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量（冷却水の循環流量）を増やして達成するものである。

ここで、外気温度が低いほど作動油などの温度が上がり難くなるから、図４の特性のように、外気温度が低いほど電動式ウォータポンプ４０の吐出流量（冷却水の循環流量）の増量代を大きくすることができる。
このように、外気温度が低くときほど電動式ウォータポンプ４０の吐出流量をより多くする構成であれば、外気温度が比較的高いときに無用に電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を多くして電力消費が多くなってしまうことを抑制でき、また、外気温度が低くなっても、熱交換器における加熱性能が低下することを抑制できる。

また、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増大させる場合には、ステップ的に目標まで増量させることができる他、目標まで徐々に近づける構成とすることができる。
また、低外気温状態において、高外気温状態と同様に冷却水温及び電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を制御すると、高外気温状態であるときに比べて内燃機関１０の潤滑油の温度が低くなり、これによって、内燃機関１０のフリクションが大きくなり、燃費性能を低下させることになる。

これに対し、前述のように低外気温状態において冷却水温を高めれば、潤滑油の温度を高外気温状態であるときの温度に近づけることができ、内燃機関１０のフリクションを低下させ、低外気温状態での燃費性能を改善できる。
なお、電子制御装置１００は、暖機完了後に冷却水温を低外気温状態での目標に向けて増量させている過程において、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させる処理を実施することができる。但し、冷却水温の上昇過程において電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させると、冷却水温の上昇速度が鈍る場合があるので、所定の温度上昇を待ってから電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させることが好ましい。

以上説明したように、電子制御装置１００は、ステップＳ１０１−ステップＳ１０８の各処理を実施することで、低外気温状態であるときに内燃機関１０の暖機が完了すると、ラジエータ５０への冷却水の循環流量を絞ることで暖機完了時点から冷却水温を上昇させ、低外気温状態の目標温度に達すると電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させ、冷却水温と冷却水循環流量との双方で熱交換器における放熱量の増量を図る。
そして、電子制御装置１００は、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増量させるとフラグＦを立ち上げるので、次の割り込み処理からステップＳ１０３からステップＳ１０９に進むようになり、ステップＳ１０９以降では低外気温状態の目標温度を維持するための処理を実施する。

ステップＳ１０９で、電子制御装置１００は、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２よりも所定温度ΔＴＬだけ低い下限温度ＭＩＮＬ１，ＭＩＮＬ２を下回っているか否か、換言すれば、目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２を維持できずに所定以上の温度低下が発生しているか否かを判別する。
なお、電子制御装置１００は、ステップＳ１０９における冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２と下限温度ＭＩＮＬ１，ＭＩＮＬ２との比較を、ステップＳ１０６と同様にして行うことができる。

冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が下限温度ＭＩＮＬ１，ＭＩＮＬ２を下回っている場合は、電子制御装置１００は、ステップＳ１１０に進み、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を低下させる処理を実施する。
電子制御装置１００は、ステップＳ１１０において、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を、高外気温状態での吐出流量（標準吐出流量）にまでステップ的に低下させたり、所定流量だけステップ的に低下させたり、徐々に低下させたりすることができる。

電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を低下させると、電子制御装置１００は、ステップＳ１１１に進み、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで上昇したか否かを判別する。
そして、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで復帰するまでは、電子制御装置１００は、ステップＳ１１０に戻って、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を低外気温状態での目標流量よりも低下させた状態に維持する。

電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を低下させたことで冷却性能が低下し、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで上昇すると、電子制御装置１００は、ステップＳ１１１からステップＳ１０８に進んで、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を、高外気温状態での標準吐出流量よりも所定流量だけ多い状態に復帰させる。
一方、電子制御装置１００は、ステップＳ１０９で冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が下限温度ＭＩＮＬ１，ＭＩＮＬ２よりも高いことを検出すると、ステップＳ１１２に進み、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２よりも所定温度ΔＴＨだけ高い上限温度ＭＡＸ１，ＭＡＸ２を上回っているか否かを判別する。
なお、電子制御装置１００は、ステップＳ１１２における冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２と上限温度ＭＡＸ１，ＭＡＸ２との比較を、ステップＳ１０６と同様にして行うことができる。

そして、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が上限温度ＭＡＸ１，ＭＡＸ２を下回っている場合、つまり、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２を含む所定温度範囲内に留まっている場合、電子制御装置１００は、本ルーチンをそのまま終了させることで、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を高外気温状態であるときよりも増やし、ラジエータ５０の冷却水循環流量を高外気温状態であるときよりも減らした状態を維持させる。
一方、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が上限温度ＭＡＸ１，ＭＡＸ２を上回っている状態、つまり、冷却水温が過剰に上昇している状態では、電子制御装置１００は、ステップＳ１１３に進み、流量制御弁３０のロータ角度を制御してラジエータ５０の冷却水循環流量を所定流量だけ増やす処理を実施する。

ステップＳ１１３で、電子制御装置１００は、ラジエータ５０の冷却水循環流量（流量制御弁３０のロータ角度）を高外気温状態での目標流量（制御角度）にステップ的に切り替えたり、ラジエータ５０の冷却水循環流量を所定流量だけステップ的に減らしたり、ラジエータ５０の冷却水循環流量を徐々に減少させることができる。
上記のように、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を増やし、相対的にラジエータ５０をバイパスして循環する冷却水の流量を減らすことで、冷却装置における冷却性能が増し、冷却水温を低下させることができる。

ラジエータ５０の冷却水循環流量を増量した後、電子制御装置１００は、ステップＳ１１４に進み、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで低下したか否かを判別する。
電子制御装置１００は、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近に低下するまでは、ステップＳ１１３に戻ってラジエータ５０の冷却水循環流量を増量した状態を保持する。

そして、ラジエータ５０の冷却水循環流量を増量した結果、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近にまで低下すると、電子制御装置１００は、ステップＳ１１５に進み、ラジエータ５０の冷却水循環流量を高外気温状態よりも絞る状態に復帰させる。
上記のようにして、低外気温状態での内燃機関１０の暖機完了後に、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２を低外気温状態での目標温度ＴＴＬ１，ＴＴＬ２付近に維持させれば、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が過剰に低下してヒータコア９１などの加熱用熱交換器における加熱性能が大きく低下することを抑制し、また、冷却水温ＴＷ１，ＴＷ２が過剰に高くなって内燃機関１０で異常燃焼が発生することを抑制できる。

図５のタイムチャートは、低外気温状態において、図３のフローチャートに示すルーチンを電子制御装置１００が実施したときの冷却水温、流量制御弁３０のロータ角度、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量の変化の一例を示す。
図５のタイムチャートにおいて、時刻ｔ１にて冷却水温が暖機完了温度（高外気温状態での目標温度）に達すると、電子制御装置１００は、その後更に温度を上昇させるために、流量制御弁３０のロータ角度の増大変化を高外気温状態に比べて小さく制限し、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を高外気温状態に比べて少なくする。

係るラジエータ循環量の抑制制御によって、時刻ｔ２にて冷却水温が低外気温状態での目標温度に達すると、電子制御装置１００は、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を高外気温状態であるときよりも増やす。
その後、時刻ｔ３にて、冷却水温が低外気温状態での目標温度よりも低い下限水温を下回るようになると、電子制御装置１００は、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を減らして温度上昇を図り、時刻ｔ４にて冷却水温が低外気温状態での目標温度に戻ると、電動式ウォータポンプ４０の吐出流量を増やす。

また、時刻ｔ５にて、冷却水温が低外気温状態での目標温度よりも高い上限水温を上回るようになると、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータ角度を大きくすることで、ラジエータ５０に循環される冷却水の流量を増やし、相対的にラジエータ５０をバイパスして循環される冷却水の流量を減らして、冷却水温の低下を図る。
そして、時刻ｔ６にて、冷却水温が低外気温状態での目標温度に戻ると、電子制御装置１００は、流量制御弁３０のロータ角度を小さくしてラジエータ５０に循環される冷却水の流量を減らす。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、流量制御弁３０は、ロータ式に限定されるものではなく、例えば、電気式アクチュエータによって弁体を直線運動させる構造の流量制御弁を用いることができる。

また、第４冷却水配管７４（第３冷却水ライン）に、ヒータコア９１のみを配置する構成とすることができ、また、第４冷却水配管７４（第３冷却水ライン）に、ヒータコア９１の他、ＥＧＲクーラ９２、排気還流制御弁９３、スロットルバルブ９４のうちの１つ乃至２つを配置する構成とすることができる。

また、ブロック側冷却水通路６２とヘッド側冷却水通路６１とを内燃機関１０内で接続する通路を設けずに、ブロック側冷却水通路６２の入口をシリンダブロック１２に形成し、第７冷却水配管７７を途中で２つに分岐させ、一方をヘッド側冷却水通路６１に接続させ、他方をブロック側冷却水通路６２に接続させる配管構造とすることができる。

また、第１−第４冷却水ラインのうちの第３冷却水ライン（ヒータコアライン）と第４冷却水ライン（動力伝達装置ライン、変速機ライン、オイルウォーマーライン）とのいずれか一方を省略した冷却装置とすることができる。
また、第２冷却水ラインにオイルクーラー１６が配置されない構造とすることができる。

また、第８冷却水配管７８に補助の電動式ウォータポンプを配置した構成とすることができ、また、内燃機関１０で駆動される機関駆動式のウォータポンプを電動式のウォータポンプ４０と並列に備える構成とすることができる。

また、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させるメイン流路と、メイン流路から分岐してラジエータをバイパスするバイパス流路とで構成され、バイパス流路の開口面積を制御してバイパス流路を流れる冷却水の流量を制御する流量制御弁を備えた冷却装置においても、本願発明を適用できる。

１０…内燃機関、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダブロック、１６…オイルクーラー、２０…変速機（動力伝達装置）、２１…オイルウォーマー、３０…流量制御弁、３１−３４…入口ポート、３５…出口ポート、４０…電動式ウォータポンプ、５０…ラジエータ、６１…ヘッド側冷却水通路、６２…ブロック側冷却水通路、７１…第１冷却水配管、７２…第２冷却水配管、７３…第３冷却水配管、７４…第４冷却水配管、７５…第５冷却水配管、７６…第６冷却水配管、７７…第７冷却水配管、７８…第８冷却水配管、８１…第１温度センサ、８２…第２温度センサ、９１…ヒータコア、９２…ＥＧＲクーラ、９３…排気還流制御弁、９４…スロットルバルブ、１００…電子制御装置

Claims (8)

1. ラジエータと、前記ラジエータを迂回して冷却水を循環させるバイパスラインと、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を調整する流量制御弁と、冷却水を循環させる電動式ウォータポンプと、前記流量制御弁及び前記電動式ウォータポンプを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べて、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くするとともに前記電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして冷却水の循環流量を増やし、
   前記低外気温状態であるときに、冷却水温が、前記高外気温状態での第１目標水温より高い前記低外気温状態での第２目標水温に達した後、前記第２目標水温より高い上限水温を冷却水温が超えたときに、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を減らす、
   車両用内燃機関の冷却装置。
2. ラジエータと、前記ラジエータを迂回して冷却水を循環させるバイパスラインと、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を調整する流量制御弁と、冷却水を循環させる電動式ウォータポンプと、前記流量制御弁及び前記電動式ウォータポンプを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べて前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くするとともに、前記高外気温状態での第１目標水温よりも高い前記低外気温状態での第２目標水温に冷却水温が達してから前記電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして、前記高外気温状態であるときに比べて冷却水の循環流量を増やす、
   車両用内燃機関の冷却装置。
3. 前記制御部は、前記電動式ウォータポンプの吐出流量を増大させた後に冷却水温が前記第２目標水温よりも低い下限水温を下回ったときに、前記電動式ウォータポンプの吐出流量を低下させる、請求項２記載の車両用内燃機関の冷却装置。
4. 前記制御部は、外気温度が低いほど前記電動式ウォータポンプの吐出流量をより大きく増やす、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
5. 前記冷却水の循環路に、冷却水で加熱する加熱用熱交換器を備える、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
6. 前記内燃機関のシリンダヘッド及び前記ラジエータを経由する第１冷却水ラインと、
   前記内燃機関のシリンダブロックを経由し前記ラジエータを迂回する第２冷却水ラインと、
   前記シリンダヘッド及び車両暖房用のヒータコアを経由し前記ラジエータを迂回する第３冷却水ラインと、
   前記シリンダヘッド及び前記内燃機関の動力伝達装置を経由し前記ラジエータを迂回する第４冷却水ラインと、
   を備え、
   前記流量制御弁は、前記第１冷却水ライン、前記第２冷却水ライン、前記第３冷却水ライン及び前記第４冷却水ラインがそれぞれ接続される入口ポートと、前記電動式ウォータポンプの吸引側に接続される出口ポートとを有し、
   前記バイパスラインは、前記シリンダヘッドと前記ラジエータとの間の前記第１冷却水ラインから分岐し、前記ラジエータを迂回して前記流量制御弁の流出側に合流する、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
7. 冷却水を循環させる電動式ウォータポンプと、ラジエータを迂回するバイパスラインと、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を制御する流量制御弁と、を備えた車両用内燃機関の冷却装置の制御方法であって、
   外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べて、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くするとともに前記電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして冷却水の循環流量を増やし、
   前記低外気温状態であるときに、冷却水温が、前記高外気温状態での第１目標水温より高い前記低外気温状態での第２目標水温に達した後、前記第２目標水温より高い上限水温を冷却水温が超えたときに、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を減らす、
   車両用内燃機関の冷却装置の制御方法。
8. 冷却水を循環させる電動式ウォータポンプと、ラジエータを迂回するバイパスラインと、前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を制御する流量制御弁と、を備えた車両用内燃機関の冷却装置の制御方法であって、
   外気温度が閾値よりも低い低外気温状態であるときに、外気温度が前記閾値よりも高い高外気温状態であるときに比べて前記バイパスラインを循環する冷却水の流量を増やして冷却水温を高くし、
   前記低外気温状態であるときに、前記高外気温状態での第１目標水温よりも高い前記低外気温状態での第２目標水温に冷却水温が達してから前記電動式ウォータポンプの吐出流量を増やして、前記高外気温状態であるときに比べて冷却水の循環流量を増やす、
   車両用内燃機関の冷却装置の制御方法。