本發(fā)明涉及內燃機的冷卻裝置。

背景技術：

以往，例如在日本特開昭59－226225號公報中公開了如下內燃機的冷卻裝置，該冷卻裝置具備：冷卻水循環(huán)通路，其將散熱器與內燃機主體的水套連接；流量控制閥，其設置于該冷卻水循環(huán)通路，并構成為能夠變更開度；以及控制單元，其對該流量控制閥的開度進行反饋控制，以使得在該冷卻水循環(huán)通路中流動的冷卻水溫與目標溫度一致。在該冷卻裝置中，基于內燃機的負載和旋轉速度，在高溫側與低溫側這兩個溫度之間對上述目標溫度進行切換，并且對流量控制閥的開度進行反饋控制，因此能夠將冷卻水溫維持為與內燃機的運轉狀態(tài)相應的最佳的溫度。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭59－226225號公報

專利文獻2：日本特開2012－047121號公報

技術實現要素：

發(fā)明要解決的課題

通常，冷卻水溫越高，則越能夠減少內燃機的活塞與汽缸的摩擦。因此，從謀求減少摩擦的觀點考慮，優(yōu)選將冷卻水的目標溫度設定為其沸點附近的溫度。關于這一點，在上述冷卻裝置中，由于能夠利用流量控制閥來調節(jié)在冷卻水循環(huán)通路中流動的冷卻水的量，所以也能夠將上述兩個目 標溫度中的高溫側設定為比沸點靠低溫側且在沸點附近的溫度。但是，既然為沸點附近的溫度，就會存在如下缺點：若減少從散熱器朝向水套導入的冷卻水的流量，則在形成于內燃機的汽缸間的細小流路(鉆探路徑drill pass)中容易產生局部的冷卻水沸騰。因此，在上述冷卻裝置中存在如下問題：若因為在冷卻水循環(huán)通路中流動的冷卻水溫低于沸點附近的溫度就單純地減小流量控制閥的開度，則局部的冷卻水沸騰的產生風險會一下子升高。

本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的。即，本發(fā)明的目的在于，在從減少摩擦的觀點考慮將冷卻水的目標溫度設定為比該冷卻水的沸點靠低溫側且在沸點附近的溫度的情況下，抑制局部的冷卻水沸騰的產生。

用于解決課題的技術方案

為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種內燃機的冷卻裝置，其使冷卻水在內燃機與散熱器之間循環(huán)，

該冷卻裝置的特征在于，

具備流量控制單元，該流量控制單元使用前饋模式來控制在所述內燃機與所述散熱器之間循環(huán)的循環(huán)冷卻水的流量即循環(huán)流量，以使得從所述內燃機的冷卻水路的出口流出的冷卻水的溫度即發(fā)動機出口水溫接近目標溫度，所述前饋模式構建為，所述發(fā)動機出口水溫的目標溫度越高，則使所述循環(huán)流量越少，從所述散熱器的冷卻水路的出口流出的冷卻水的溫度即散熱器出口水溫越低，則使所述循環(huán)流量越少，

所述流量控制單元具備：

目標溫度設定單元，其將所述目標溫度設定成第1溫度，該第1溫度比判斷為所述內燃機的預熱完成的溫度高，且比在所述內燃機與所述散熱器之間循環(huán)的冷卻水的沸點低；

判定溫度導出單元，其按照所述循環(huán)冷卻水開始沸騰的情況下成立的所述循環(huán)流量與所述發(fā)動機出口水溫的關系，將所述目標溫度為所述第1溫度的情況下所述循環(huán)冷卻水開始沸騰時的所述散熱器出口水溫作為判定溫度而導出；以及

目標溫度變更單元，其在所述散熱器出口水溫低于所述判定溫度的情況下，將所述目標溫度從所述第1溫度向比所述第1溫度低的第2溫度變更。

另外，第2技術方案在第1技術方案的基礎上，其特征在于，

所述流量控制單元具備：

第2判定溫度導出單元，其按照所述關系，將所述目標溫度為所述第2溫度的情況下所述循環(huán)冷卻水開始沸騰時的所述散熱器出口水溫作為第2判定溫度而導出；和

持續(xù)變更單元，其使所述第2溫度持續(xù)地向更低的溫度變更，直至所述散熱器出口水溫變?yōu)楸人龅?判定溫度高為止。

發(fā)明的效果

根據第1技術方案，在散熱器出口水溫低于判定溫度的情況下，能夠將發(fā)動機出口水溫的目標溫度從第1溫度向比第1溫度低的第2溫度變更。流量控制單元所使用的前饋模式構建為，目標溫度越高則使循環(huán)流量越少，散熱器出口水溫越低則使循環(huán)流量越少。因此，若假設將目標溫度持續(xù)保持為第1溫度，則在散熱器出口水溫降低了的情況下，循環(huán)流量會因前饋模式而減少，產生循環(huán)冷卻水的局部沸騰。關于這一點，根據本發(fā)明，若使目標溫度從第1溫度向第2溫度變更，則循環(huán)流量會因前饋模式而增加，因此與將目標溫度持續(xù)保持為第1溫度的情況相比，能夠抑制循環(huán)冷卻水的局部沸騰的產生。

即使將目標溫度變更為第2溫度，在散熱器出口水溫比第2判定溫度低的情況下，仍然有可能產生循環(huán)冷卻水的局部沸騰。關于這一點，根據第2技術方案，由于使第2溫度持續(xù)地向更低的溫度變更直至散熱器出口水溫變?yōu)楸鹊?判定溫度高為止，所以能夠無限地減小循環(huán)冷卻水的局部沸騰的產生的可能性。

附圖說明

圖1是用于對實施方式的冷卻裝置的結構進行說明的圖。

圖2是表示目標發(fā)動機出口水溫與發(fā)動機負載的關系的圖。

圖3是用于對溫度調節(jié)控制中使用的前饋模式進行說明的圖。

圖4是用于對將目標發(fā)動機出口水溫設定為105℃的情況下的溫度調節(jié)控制進行說明的圖。

圖5是用于對實施方式的目標發(fā)動機出口水溫的降低方法的概要進行說明的圖。

圖6是表示實施方式中由ECU40執(zhí)行的目標發(fā)動機出口水溫的變更例程的流程圖。

具體實施方式

[冷卻裝置結構的說明]

圖1是用于對本發(fā)明的實施方式的冷卻裝置的結構進行說明的圖。如圖1所示，本實施方式的冷卻裝置具備搭載于車輛的作為多缸內燃機的發(fā)動機10。在發(fā)動機10的主體(缸體和/或缸蓋)設置有水套12。在該水套12中流動的冷卻水與發(fā)動機10之間進行熱交換。

在水套12中流動的冷卻水被從水泵(W/P)14壓送。該水泵14是經由傳動帶被傳遞發(fā)動機10的驅動力從而驅動的帶式水泵。水套12的入口部與水泵14的排出口(未圖示)通過供給通路16而連接。在水套12的出口部連接有控制閥18的流入口(未圖示)。

控制閥18是能夠在多個分支通路之間對從水套12的出口部排出的冷卻水的流入目的地進行切換的DC馬達驅動式閥。具體而言，控制閥18的排出口(未圖示)與設置有裝置20(例如變速箱加熱器、油冷卻器、EGR冷卻器等)的分支通路22的流入口(未圖示)、設置有車內空調用的加熱器24的分支通路26的流入口(未圖示)、以及設置有散熱器28的分支通路30的流入口(未圖示)連接。在控制閥18的排出口與各分支通路的流入口的連接部位設置有分支閥18a、18b、18c。

若對分支閥18a進行操作而使控制閥18與分支通路22連通，則冷卻水流入裝置20，在該冷卻水與在裝置20中流動的流體(油、EGR氣體等) 之間進行熱交換。另外，若對分支閥18b進行操作而使控制閥18與分支通路26連通，則冷卻水流入加熱器24，在該冷卻水與車內制熱用空氣之間進行熱交換。另外，若對分支閥18c進行操作而使控制閥18與分支通路30連通，則冷卻水流入散熱器28，在該冷卻水與外部空氣之間進行熱交換。各分支通路的排出口(未圖示)與水泵14的吸入口(未圖示)連接。從各分支通路流入水泵14的冷卻水被壓送至供給通路16。

另外，本實施方式的冷卻裝置具備ECU(Electronic Control Unit：電子控制單元)40。ECU40至少具備輸入輸出接口、存儲器以及CPU。輸入輸出接口是為了從各種傳感器獲取傳感器信號、并且對致動器輸出操作信號而設置的。ECU40獲取信號的傳感器包括：用于對水套12的出口部的冷卻水溫(以下，也稱為“發(fā)動機出口水溫”)進行檢測的溫度傳感器32、用于對發(fā)動機10的旋轉速度(以下，也稱為“發(fā)動機旋轉速度”)進行檢測的曲軸角傳感器34、用于對散熱器28的出口部的冷卻水溫(以下，也稱為“散熱器出口水溫”)進行檢測的溫度傳感器36、以及用于檢測加速器踏板(未圖示)的踩踏量作為加速器開度的加速器開度傳感器38等。ECU40輸出操作信號的致動器包括上述控制閥18。在存儲器中儲存有各種控制程序、映射等。CPU從存儲器讀出并執(zhí)行控制程序等，基于所獲取的傳感器信號來生成操作信號。

ECU40進行的控制包括啟動時控制。啟動時控制是指在發(fā)動機10的冷啟動時為了促進預熱而對分支閥18a～18c進行操作以使得控制閥18與分支通路22、26、30的連通成為斷開狀態(tài)的控制。啟動時控制在發(fā)動機出口水溫低于預定溫度的情況下進行。另外，啟動時控制在發(fā)動機出口水溫上升而成為了預定溫度以上的情況下結束，并與各種要求(例如，冷卻水的冷卻要求、變速箱的預熱要求、來自駕駛員的車內空調要求等)相應地對各分支閥進行操作以使得控制閥18與各分支通路連通。

ECU40進行的控制也包括溫度調節(jié)控制。溫度調節(jié)控制是指當發(fā)動機出口水溫為預定溫度以上的情況下，對通過散熱器28的冷卻水的流量(以下，也稱為“散熱器通過流量”)進行前饋控制以使得發(fā)動機出口水溫接 近目標溫度(以下，也稱為“目標發(fā)動機出口水溫”)的控制。在溫度調節(jié)控制中，基于根據加速器開度求出的發(fā)動機10的負載·空氣量(以下，也稱為“發(fā)動機負載”)來設定目標發(fā)動機出口水溫。圖2是表示目標發(fā)動機出口水溫與發(fā)動機負載的關系的圖。如圖2所示，對于目標發(fā)動機出口水溫而言，在發(fā)動機負載處于低負載·少空氣量側時被設定為高溫，在發(fā)動機負載處于高負載·多空氣量側時被設定為低溫。其理由在于，當處于低負載·少空氣量側時謀求減少活塞與汽缸的摩擦，當處于高負載·多空氣量側時謀求避免產生爆震。不過，目標發(fā)動機出口水溫被設定為比上述預定溫度高的溫度。

另外，在溫度調節(jié)控制中，基于目標發(fā)動機出口水溫來設定分支閥18c的基本開度。在設定了基本開度后，根據散熱器出口水溫與發(fā)動機旋轉速度(∝水泵14的旋轉速度)來修正基本開度。由此，決定最終的分支閥18c的目標開度。然后，按照所決定的目標開度對分支閥18c進行操作。圖3是對溫度調節(jié)控制中使用的前饋模式進行說明的圖，其示出了目標發(fā)動機出口水溫、散熱器出口水溫及發(fā)動機旋轉速度與散熱器通過流量的關系。如圖3的上段所示，散熱器通過流量被控制為在目標發(fā)動機出口水溫低的情況下多，在目標發(fā)動機出口水溫高的情況下少。也就是說，按照前饋模式，在目標發(fā)動機出口水溫低的情況下將上述基本開度設定為大，在目標發(fā)動機出口水溫高的情況下將上述基本開度設定為小。

另外，如圖3的中段所示，散熱器通過流量被控制為在散熱器出口水溫低的情況下少，在散熱器出口水溫高的情況下多。也就是說，在前饋模式中修正上述基本開度，以使得在散熱器出口水溫低的情況下減少分支閥18c的開度，在散熱器出口水溫高的情況下增大分支閥18c的開度。另外，如圖3的下段所示，散熱器通過流量被控制為在發(fā)動機旋轉速度低的情況下少，在發(fā)動機旋轉速度高的情況下多。即，按照前饋模式修正上述基本開度，以使得在發(fā)動機旋轉速度低的情況下減小分支閥18c的開度，在發(fā)動機旋轉速度高的情況下增大分支閥18c的開度。

[本實施方式的特征]

如上述那樣，從謀求減少摩擦的觀點考慮，優(yōu)選將冷卻水的目標溫度設定為與冷卻水不沸騰的范圍的上限接近的溫度。本實施方式中使用的冷卻水(LLC)的沸點雖然也取決于水套12、供給通路16、分支通路30之類的路徑內的壓力，但為110℃～120℃。因此，在本實施方式的溫度調節(jié)控制中，在發(fā)動機負載處于低負載·少空氣量的情況下，將目標發(fā)動機出口水溫設定為該沸點附近的溫度(具體而言為80℃～110℃)。

圖4是用于對將目標發(fā)動機出口水溫設定為105℃的情況下的溫度調節(jié)控制進行說明的圖。此外，在該圖的說明中，假設發(fā)動機旋轉速度是恒定的。在閥開度(意指分支閥18c的開度。以下相同。)為開度(a)的情況下，當散熱器出口水溫為60℃且不變而發(fā)動機負載變化為低負載·少空氣量側時，將目標發(fā)動機出口水溫變更為110℃(參照圖2的說明)。這里，由于發(fā)動機旋轉速度與散熱器出口水溫不變，所以按照上述前饋模式，將基于變更后的目標發(fā)動機出口水溫(即110℃)而設定的基本開度直接設為最終的目標開度。因此，使閥開度從開度(a)向開度(b)變更。同樣，在閥開度為開度(a)的情況下，當散熱器出口水溫為60℃且不變而發(fā)動機負載變化為高負載·多空氣量側時，將目標發(fā)動機出口水溫變更為100℃，基于變更后的目標發(fā)動機出口水溫來決定目標開度。因此，使閥開度從開度(a)向開度(c)變更。

另外，在閥開度為開度(a)的情況下，當發(fā)動機負載不變而散熱器出口水溫從60℃降低至30℃時，使閥開度從開度(a)向開度(d)變更。由于目標發(fā)動機出口水溫為105℃且不變，所以分支閥18c的基本開度不變。另外，由于發(fā)動機旋轉速度也不變，所以按照上述前饋模式修正基本開度(參照圖3的說明)，從而與降低后的散熱器出口水溫(即30℃)相應地減小閥開度。因此，使閥開度從開度(a)向開度(d)變更。同樣，在閥開度為開度(a)的情況下，當發(fā)動機負載不變而散熱器出口水溫從60℃上升至90℃時，使閥開度從開度(a)向開度(e)變更。

在圖4的說明中，從閥開度的開度(a)向開度(d)的變更在外部空氣溫度較低從而散熱器出口水溫降低了的情況下進行。但是，在本實施方 式的溫度調節(jié)控制中，由于將目標發(fā)動機出口水溫設定成了冷卻水的沸點附近的溫度，所以若通過這種閥開度的變更來減少散熱器通過流量，則經由散熱器28而進行了熱交換的冷卻水(即低溫化了的冷卻水)的流量也會減少。這樣，在經過散熱器28之后流入水泵14且被水泵14向水套12壓送的冷卻水的流量(即，低溫化了的冷卻水的流量)也減少。這樣，發(fā)動機10的冷卻會變得不充分，在鉆探路徑中會產生局部的冷卻水沸騰。

因此，在本實施方式中，在溫度調節(jié)控制期間散熱器出口水溫降低了的情況下，預測是否會隨著閥開度的變更而產生局部的冷卻水沸騰。并且，在預測到該沸騰的產生的情況下，與發(fā)動機負載的變化無關地強制使目標發(fā)動機出口水溫降低。圖5是用于對本實施方式的目標發(fā)動機出口水溫的降低方法的概要進行說明的圖。此外，在該圖的說明中，與圖4同樣，假設發(fā)動機旋轉速度是恒定的。

圖5中由虛線包圍的區(qū)域(沸騰區(qū)域)是與冷卻水沸騰的散熱器通過流量相當的區(qū)域。閥開度從開度(a)向開度(d)的變更是由圖4中說明的散熱器出口水溫的降低引起的，此時散熱器通過流量進入沸騰區(qū)域內。因此，在本實施方式中，在預測到該進入的情況下，將目標發(fā)動機出口水溫從105℃強制地變更為100℃。這樣，使閥開度從開度(a)向開度(f)變更。閥開度處于開度(f)時的散熱器通過流量比處于開度(d)時的散熱器通過流量多，另外，在閥開度從開度(a)向開度(f)的變更期間，散熱器通過流量也不會進入沸騰區(qū)域內。因此，能夠避免隨著閥開度的變更而產生局部的冷卻水沸騰。

對于避免隨著閥開度的變更而產生局部的冷卻水沸騰的方法，也可以考慮使散熱器通過流量暫時增加而使冷卻水溫本身降低的方法。但是，若使散熱器通過流量增加，則燃料經濟性會惡化，因此從相對于燃料經濟性的沸騰避免效果這一觀點來看，該方法未必合適。關于這一點，由于本實施方式的方法不改變使用了前饋模式的溫度調節(jié)控制的構架地，使目標發(fā)動機出口水溫降低，所以具有在將燃料經濟性的惡化固定為最小限度的同時能夠避免局部的冷卻水沸騰的產生這一優(yōu)點。

此外，在本實施方式中，經過圖5所示的沸騰區(qū)域的分界線與目標發(fā)動機出口水溫的交點P(P₁₁₀、P₁₀₅、P₁₀₀、…)的散熱器出口水溫的映射(以下也稱為“交點溫度映射”)儲存于ECU40的存儲器。該交點溫度映射例如以如下方式制成。首先，一邊將發(fā)動機10的運轉條件(發(fā)動機負載以及發(fā)動機旋轉速度)保持為恒定，一邊逐漸減小分支閥18c的開度來減少散熱器通過流量。接著，若在分支閥18c的操作期間在鉆探路徑產生了冷卻水沸騰，則記錄該沸騰產生時的分支閥18c的開度、發(fā)動機出口水溫、以及散熱器出口水溫。通過一邊對發(fā)動機10的運轉條件進行變更一邊進行該一系列的作業(yè)，來制成交點溫度映射。

[具體的控制]

接下來，參照圖6對用于實現上述功能的具體的處理進行說明。圖6是表示本實施方式中由ECU40執(zhí)行的目標發(fā)動機出口水溫的變更例程的流程圖。此外，緊隨發(fā)動機10的啟動之后按預定的控制周期反復執(zhí)行圖6所示的例程。

在圖6所示的例程中，首先，判定是否正在正常地進行溫度調節(jié)控制(步驟S10)。在本步驟中，具體而言，判定發(fā)動機出口水溫是否為預定溫度以上，以及溫度傳感器32、36、控制閥18是否正在正常地發(fā)揮功能。在判定為發(fā)動機出口水溫低于預定溫度的情況、判定為溫度傳感器32、36、控制閥18異常的情況下，跳出本例程。此外，溫度調節(jié)控制本身按照與本例程相獨立的例程來執(zhí)行。

在步驟S10中判定為正在正常地進行溫度調節(jié)控制的情況下，判定散熱器出口水溫是否低于交點溫度(步驟S12)。在本步驟中，具體而言，將分支閥18c的目標開度、目標發(fā)動機出口水溫、以及發(fā)動機10的運轉條件作為檢索關鍵詞，基于從存儲器讀出的交點溫度映射對產生冷卻水的局部沸騰時的散熱器出口水溫(即交點溫度)進行檢索。然后，對交點溫度和由溫度傳感器36檢測出的實際的散熱器出口水溫進行比較。在比較的結果是判定為實際的散熱器出口水溫為交點溫度以上的情況下，能夠預測到冷卻水不會沸騰，因此跳出本例程。

另一方面，在步驟S12中的比較的結果是判定為實際的散熱器出口水溫低于交點溫度的情況下，能夠預測到冷卻水會沸騰，因此進行目標發(fā)動機出口水溫的變更(步驟S14)。在本步驟中，具體而言，將比當前的目標發(fā)動機出口水溫低的溫度(設定值)設為目標發(fā)動機出口水溫的候補(以下，也稱為“候補目標溫度”)。接著，基于候補目標溫度來決定分支閥18c的目標開度。此外，分支閥18c的目標開度的決定方法如上述那樣。接著，將所決定的分支閥18c的目標開度、候補目標溫度、以及發(fā)動機10的運轉條件作為檢索關鍵詞，基于交點溫度映射對產生冷卻水的局部沸騰時的散熱器出口水溫進行檢索。接著，與步驟S12同樣地，對檢索出的散熱器出口水溫和實際的散熱器出口水溫進行比較。在比較的結果是實際的散熱器出口水溫為交點溫度以上的情況下，能夠預測到冷卻水不會沸騰，因此采用候補目標溫度作為正式的目標發(fā)動機出口水溫。另一方面，在實際的散熱器出口水溫低于交點溫度的情況下，將比候補目標溫度更低的溫度(設定值)設為目標發(fā)動機出口水溫的新的候補，并進行上述判定。也就是說，反復進行本步驟的處理，直至判定為實際的散熱器出口水溫為交點溫度以上為止。

以上，根據圖6所示的例程，即使在溫度調節(jié)控制期間散熱器出口水溫降低了的情況下隨之變更分支閥18c的開度時，也能夠避免局部的冷卻水沸騰的產生。

在上述實施方式中，雖然將具備控制閥18與分支通路22、26、30的冷卻裝置作為了前提，但分支通路22、26、分支閥18a、18b不是本發(fā)明所必須的結構。即，只要是對在發(fā)動機10與散熱器28之間循環(huán)的冷卻水的流量進行控制的冷卻裝置，就能夠應用于本發(fā)明。

另外，在上述實施方式中，利用溫度傳感器36來檢測散熱器出口水溫，但也可以根據外部空氣溫度、車速來推定散熱器出口水溫。

另外，在上述實施方式中，由帶式水泵構成水泵14，但也可以由電動式水泵構成水泵14。根據電動式水泵，具有通過與控制閥18進行組合而能夠提高冷卻水溫和散熱器通過流量的控制自由度這一優(yōu)點。但是，在由 電動式水泵構成的情況下，其旋轉速度不再依賴于發(fā)動機旋轉速度，因此將上述實施方式中作為“發(fā)動機旋轉速度”進行說明的部位適當地改換為“水泵的旋轉速度”。具體而言，不基于發(fā)動機旋轉速度而是基于水泵的旋轉速度來修正溫度調節(jié)控制中的分支閥18c的基本開度。另外，不將發(fā)動機旋轉速度設為恒定，而是將水泵的旋轉速度設為恒定來制成交點溫度映射。另外，在進行交點溫度映射中的檢索時，不將發(fā)動機10的運轉條件作為檢索關鍵詞，而是將發(fā)動機負載與水泵的旋轉速度作為檢索關鍵詞。

此外，在上述實施方式中，ECU40相當于上述第1技術方案的“流量控制單元”，目標發(fā)動機出口水溫相當于該技術方案的“第1溫度”，圖6的步驟S14的處理中的候補目標溫度相當于該技術方案的“第2溫度”，散熱器通過流量相當于該技術方案的“循環(huán)流量”。

另外，ECU40通過在溫度調節(jié)控制中設定目標發(fā)動機出口水溫來實現上述第1技術方案的“目標溫度設定單元”，ECU40通過執(zhí)行圖6的步驟S12的處理來實現該技術方案的“判定溫度導出單元”，ECU40通過執(zhí)行圖6的步驟S14的處理來實現該技術方案的“目標溫度變更單元”。

另外，在上述實施方式中，ECU40通過執(zhí)行圖6的步驟S14的處理來實現上述第2技術方案的“第2判定溫度導出單元”以及“持續(xù)變更單元”。

附圖標記的說明

10...發(fā)動機；12...水套；14...水泵；16...供給通路；18...控制閥；18a、18b、18c...分支閥；22、26、30...分支通路；28...散熱器；32、36...溫度傳感器；34...曲軸角傳感器；38...加速器開度傳感器；40...ECU。