JP6319018B2 - エンジンの冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却システムに関する。

従来、エンジン本体（シリンダヘッドやシリンダブロック）や補機（ヒータコアやＥＧＲ装置など）を経由する複数の冷却水流路を形成するとともに、各冷却水流路の冷却水流量を制御可能な流量制御バルブを設けた車両用の冷却システムが知られている（特許文献１）。この冷却システムにおいては、流量制御バルブを用いて、エンジンの冷間始動後の暖機中にエンジン本体への冷却水の通水を制限してエンジン本体の昇温を促進するとともに、エンジン本体の温度が高くなればエンジン本体への通水制限を解除してエンジン本体を冷却する。流量制御バルブの上流には、ウォータポンプが配設され、冷却水を吐出する構成となっている。

このような通水制限を行っているときには、流量制御バルブの上流の冷却水流路はウォータポンプの吐出圧によって水圧が高い状態になる。水圧が高い状態のまま通水制限を解除すると、一時的に多量の冷却水がエンジン本体に流れて、エンジン本体の温度を低下させてしまう。

そこで、特許文献１の冷却システムでは、補機装置を経由するとともにエンジン本体を経由しない冷却水流路（以下、「エンジン非経由流路」と称する）を設け、エンジン本体を経由する流路（以下、「エンジン経由流路」と称する）の通水制限解除に先立ってエンジン非経由流路に冷却水を流すことで、流量制御バルブ上流側の水圧が高いことに起因した冷却水多量導入によるエンジン本体の過冷却を抑制している。

特開２０１３−２２４６４３号公報

ところで、特許文献１において、エンジン非経由流路に冷却水が流れていないとき（エンジン非経由流路内に冷却水は存在しているが、流れが生じていないとき）には、エンジン非経由流路内の冷却水は低温状態である。このため、流量制御バルブによる流路切替によって、エンジン非経由流路に冷却水を流していない状態から流す状態に変更した直後は、エンジン非経由流路内に存在していた低温の冷却水がエンジン本体に流れ込むため、一時的にエンジン本体の温度が低下し、エンジンの着火性の悪化を招く虞がある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、エンジンの冷間始動後にエンジン本体および補機において冷却水の流路切替を行う際のエンジン本体の過冷却を抑制することができる、エンジンの冷却システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路および当該第１流路から分岐してエンジンの補機を経由する第２流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記第２流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段とを備え、前記バルブ制御手段は、前記第１流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入が行われている状態で前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であるときには、前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第１開度として前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには、前記流量制御バルブの開度を第２開度まで段階的に増加させ、もしくは連続的に漸増させて前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入の制限を解除し、前記第１開度は、ゼロよりも大きく、前記第２開度よりも小さい、小開度である、ことを特徴とする、エンジンの冷却システムを提供する。

本発明によれば、シリンダヘッドを流れる冷却水の温度が予め定められた温度閾値未満であるときには、流量制御バルブの開度がゼロまたは第１開度（小開度）に制御されるので、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量が制限され、エンジンの暖機が促進される。

また、シリンダヘッドを流れる冷却水の温度が上記温度閾値以上であるときには、流量制御バルブの開度が第２開度まで段階的に増加し、もしくは連続的に漸増するように制御されるので、シリンダヘッドを流れる冷却水の流量制限が徐々に解除され、シリンダヘッドの温度低下（過冷却）を抑制することができる。

すなわち、流量制御バルブの開度がゼロであるときは第２流路に冷却水の流れはなく、流量制御バルブの開度が第１開度（小開度）であるときは第２流路における冷却水の流量は小さい。いずれの場合も、エンジンの冷間始動後にエンジンの熱で温められた冷却水の第２流路への流入量が制限され、第２流路内の冷却水は比較的低温である。このように第２流路内の冷却水の温度が低い状態において、流量制御バルブの開度を増加させると、第２流路を流れる冷却水の流量が増加し、第１流路に流入する低温冷却水の流量が増加する。しかしながら、流量制御バルブの開度を段階的に増加させもしくは連続的に漸増させるので、シリンダヘッドに流入する低温冷却水は緩やかに増加する。従って、シリンダヘッドの過冷却が抑制され、エンジンの冷間始動後の着火性の低下を抑制することができる。

なお、本発明において「流量制御バルブの開度を段階的に増加させる」とは、流量制御バルブの開度を少なくとも２段階で間欠的に増加させることを意味する。また、本発明において「流量制御バルブの開度を連続的に漸増させる」とは、流量制御バルブの開度を比較的緩やかに連続的に増加させることを意味し、連続的ではあっても急激に増加させることは意味しない。

本発明においては、前記第１流路において、当該第１流路から前記第２流路が分岐する分岐点の下流側である下流側流路にはエンジンの補機が配置されており、前記流量制御バルブは、前記下流側流路に接続され、前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときに、前記下流側流路に対するバルブの開度を前記第１開度に保つ期間を経た後に前記第２開度まで増加させる、ことが好ましい。

この構成によれば、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときに、下流側流路に対するバルブの開度を第１開度（小開度）に保つ期間を経た後に前記第２開度まで増加させるので、下流側流路には常時少量の冷却水流量が流れる。従って、冷却水によって常時冷却する必要がある種類の補機を下流側流路に配置しておくことで、当該補機の過熱を防止することができる。

本発明においては、前記バルブ制御手段は、前記第２流路に対して前記流量制御バルブを前記第２開度未満の第３開度で開いて、当該第３開度を維持するとともに、その維持の期間に前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた条件を満たしたときに、前記第２流路に対して前記流量制御バルブを前記第２開度で開く制御を行う、ことが好ましい。

この構成によれば、バルブ制御手段は、流量制御バルブを第２開度未満の第３開度で開いて当該第３開度を暫くの間維持するので、第２流路内に存在していた低温の冷却水はシリンダヘッドへ徐々に供給される。従って、エンジンの冷間始動後におけるシリンダヘッドの過冷却を抑制することができ、エンジンの暖機を促進することができる。

本発明においては、前記第２流路に配置される補機は、ヒータコアであることが好ましい。

この構成によれば、第２流路内の冷却水の熱はヒータコアに奪われるが、当該冷却水はシリンダヘッドへ徐々に供給されるので、エンジンの冷間始動後におけるシリンダヘッドの過冷却を抑制することができる。

本発明においては、前記第２流路に配置される補機は、ラジエータであることが好ましい。

この構成によれば、第２流路内の冷却水の熱はラジエータを介して放熱されるが、当該冷却水はシリンダヘッドへ徐々に供給されるので、エンジンの冷間始動後におけるシリンダヘッドの過冷却を抑制することができる。

本発明においては、前記冷却水流路は、エンジンのシリンダブロックを経由する第３流路をさらに備え、前記流量制御バルブは、前記第２流路における冷却水の流量および前記第３流路における冷却水の流量を制御し、前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値より高い予め定められた第３流路用温度閾値未満であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第４開度とし、前記温度検出手段で検出された温度が前記第３流路用温度閾値以上であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度を第５開度まで段階的に増加させ、もしくは、前記目標開度まで連続的に漸増させ、前記第４開度は、ゼロよりも大きく、前記第５開度よりも小さい、小開度である、ことが好ましい。

この構成によれば、第３流路に対する流量制御バルブの開度がゼロまたは第４開度（小開度）であるときに第３流路内に存在していた低温の冷却水は、流量制御バルブの開度を段階的に増加させもしくは連続的に漸増させることによりシリンダヘッドおよびシリンダブロックへ徐々に供給されるので、エンジンの冷間始動後におけるシリンダヘッドおよびシリンダブロックの過冷却を抑制することができる。

本発明においては、前記流量制御バルブは、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブであることが好ましい。

この構成によれば、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブを用いるので、容易に流量の制御を行うことができる。
また、本発明は、 エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路、および当該第１流路から分岐してエンジンの補機を経由する第２流路、およびエンジンのシリンダブロックを経由する第３流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、前記第２流路における冷却水の流量、および前記第２流路における冷却水の流量、および前記第３流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段と、を備え、前記バルブ制御手段は、前記第１流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入が行われている状態で前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であるときには、前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第１開度として前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには、前記流量制御バルブの開度を第２開度まで段階的に増加させ、もしくは連続的に漸増させて前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入の制限を解除し、前記第１開度は、ゼロよりも大きく、前記第２開度よりも小さい、小開度であり、さらに、前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値より高い予め定められた第３流路用温度閾値未満であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第３開度とし、前記温度検出手段で検出された温度が前記第３流路用温度閾値以上であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度を第４開度まで段階的に増加させ、もしくは、前記目標開度まで連続的に漸増させ、前記第３開度は、ゼロよりも大きく、前記第４開度よりも小さい、小開度である、ことを特徴とする、エンジンの冷却システムを提供する。

本発明によれば、エンジンの冷間始動後にエンジン本体および補機において冷却水の流路切替を行う際のエンジン本体の過冷却を抑制することができる。

本発明の実施形態におけるエンジンおよび吸排気システムを示す図である。 本発明の実施形態におけるＰＣＭ、入力装置、および出力装置を示す図である。 本発明の実施形態におけるエンジンの吸排気系統の制御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エンジンの冷却システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態における流量制御バルブの回転角度と開度（連通面積）の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における冷却水流路の通水切替動作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流量制御バルブの段階的な開弁制御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流量制御バルブの開度増加のタイミングを示すグラフである。 本発明の実施形態における冷却水の温度変化（上段）および各流路に対する流量制御バルブの開度の和の変化（下段）を示すグラフである。 各冷却水流路において流量制限の解除を段階的に行わない場合の冷却水の温度変化（上段）および各流路に対する流量制御バルブの開度の和の変化（下段）を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

まず、本発明の実施形態に係るエンジン９およびその吸排気システムについて説明する。

エンジン９は、車両駆動用のディーゼルエンジンである。

エンジン９は、複数の気筒（図１では一つのみを図示）が設けられたシリンダブロック９ａと、シリンダブロック９ａの上側に配設されたシリンダヘッド９ｂと、シリンダブロック９ａの下側に配設されたオイルパン９ｃとを有している。

各気筒内には、コンロッド９ｄを介してクランクシャフト９ｅと連結されたピストン９ｆが往復可能に嵌挿されている。

シリンダヘッド９ｂには、吸気ポート９ｇおよび排気ポート９ｈが各気筒にそれぞれ形成されている。これら吸気ポート９ｇおよび排気ポート９ｈには、吸気バルブ９ｊおよび排気バルブ９ｋがそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド９ｂには、各気筒内に燃料を噴射する電磁式の直噴インジェクタ９ｍが設けられている。直噴インジェクタ９ｍには、燃料タンクから燃料ポンプおよびコモンレール（いずれも図示略）を介して燃料が供給される。コモンレールには、燃料の圧力を検出する燃圧センサ３６（図２参照）が設けられている。

エンジン９の吸排気システムは、吸入空気を吸気ポート９ｇを介して気筒内に導く吸気通路２０と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路２１とを備えている。

吸気通路２０には、上流側から順に、吸入空気中に含まれる塵や埃を除去するエアクリーナ２２、ターボチャージャのコンプレッサ２４、吸気通路２０を遮断する吸気シャッタバルブ１１ｂおよび吸気シャッタバルブ１１ｂを駆動する吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、コンプレッサ２４によって圧縮されて高圧高温になった吸入空気を強制冷却するインタークーラ２５、インタークーラ２５に冷却水を送るインタークーラ用冷却水ポンプ２６などが設けられている。

排気通路２１には、上流側から順に、ターボチャージャの排気タービン２７、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２８、排気ガス中の排気微粒子を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２９などが設けられている。

また、この吸排気システムは、高圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置３０と、低圧ＥＧＲ装置３１とを備えている。

高圧ＥＧＲ装置３０は、吸気通路２０における吸気ポート９ｇの上流側と排気通路２１における排気ポート９ｈの下流側とを接続する高圧ＥＧＲ通路３０ａと、高圧ＥＧＲ流路３０ａにおける高圧ＥＧＲガスの流量を調節する高圧ＥＧＲバルブ１１ａと、高圧ＥＧＲバルブ１１ａを駆動する高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂとを有している。

低圧ＥＧＲ装置３１は、排気通路２１におけるＤＰＦ２９の下流側と吸気通路２０におけるコンプレッサ２４の上流側とを接続する低圧ＥＧＲ通路３１ａと、低圧ＥＧＲ通路３１ａにおける低圧ＥＧＲガスの流量を調節する低圧ＥＧＲバルブ１１ｄと、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄを駆動する低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂと、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１１ｃとを有している。

このように構成されたエンジン９および吸排気システムは、ＰＣＭ（Powertrain Control Module）８によって制御される。ＰＣＭ８は、ＣＰＵ、メモリ、インタフェイス等により構成されている。

ＰＣＭ８には、図２に示されるように、各種のセンサの検出信号が入力される。この各種のセンサには、吸気ポート９ｇに取り付けられて気筒内に流入する直前の吸入空気の温度を検出する吸気ポート温度センサ３３と、吸気ポート９ｇ近傍におけるエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ７と、クランクシャフト９ｅの回転角を検出するクランク角センサ３４と、車両のアクセルペダル（図示略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３５と、直噴インジェクタ９ｍに供給する燃料圧力を検出する燃圧センサ３６と、ＤＰＦ２９の下流側における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３２等が含まれる。

ＰＣＭ８は、各センサの検出信号に基づいて種々の演算を行うことにより、エンジン９、吸排気システム等の状態を判断し、これに応じて直噴インジェクタ９ｍおよび各種バルブのアクチュエータ（吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂ）へ制御信号を出力する。

次に、ＰＣＭ８が行う制御について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、ＰＣＭ８は、各種センサの検出値を読み込む（ステップＳ３１）。

次いで、ＰＣＭ８は、クランク角センサ３４によって検出された回転角に基づいてエンジン回転数を算出し、そのエンジン回転数とアクセル開度センサ３５によって検出されたアクセル開度とに基づき、目標トルクを設定する（ステップＳ３２）。

次いで、ＰＣＭ８は、エンジン回転数と目標トルクに基づいて、燃料の要求噴射量を設定する（ステップＳ３３）。

次いで、ＰＣＭ８は、メモリに予め記憶されている複数の燃料噴射パターンの中から、要求噴射量およびエンジン回転数に応じた燃料噴射パターンを選択する（ステップＳ３４）。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、直噴インジェクタ９ｍに供給する燃料の圧力（燃圧）を設定する（ステップＳ３５）。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標酸素濃度を設定する（ステップＳ３６）。目標酸素濃度は、気筒内に流入する直前の混合空気の酸素濃度の目標値である。

次いで、ＰＣＭ８は、要求噴射量とエンジン回転数に基づいて、目標吸気温度を設定する（ステップＳ３７）。目標吸気温度は、気筒内に流入する直前の混合空気の温度の目標値である。

次いで、ＰＣＭ８は、メモリに予め記憶されている複数のＥＧＲ制御モードの中から、要求噴射量およびエンジン回転数に応じたＥＧＲ制御モードを選択する（ステップＳ３８）。ＥＧＲ制御モードは、高圧ＥＧＲ装置３０および低圧ＥＧＲ装置３１についてそれぞれ選択される。

次いで、ＰＣＭ８は、目標酸素濃度および目標吸気温度を実現する状態量（高圧ＥＧＲ量、低圧ＥＧＲ量、および過給圧）を設定する（ステップＳ３９）。

次いで、ＰＣＭ８は、各状態量の制限範囲をメモリから読み出す（ステップＳ４０）。制限範囲は、エンジン９および吸排気システムが適切に作動するために各状態量が満たすべき範囲であり、メモリに予め記憶されている。

次いで、ＰＣＭ８は、ステップＳ３９において設定された状態量が制限範囲内に収まっているかどうかを判断する（ステップＳ４１）。

状態量が制限範囲内に収まっていると判断された場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）には、ステップＳ４３に移行する。ステップＳ４３では、ＰＣＭ８は、ステップＳ３９で設定された状態量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂの制御量を設定する。

次いで、ＰＣＭ８は、設定された制御量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂを制御する（ステップＳ４４）。

ステップＳ４１において、制限範囲内に収まっていない状態量があると判断された場合には、ＰＣＭ８は、当該状態量が制限範囲に収まるように補正する（ステップＳ４２）。例えば、制限範囲内において、ステップＳ３９で設定された状態量に最も近い制限値に、状態量を補正する。ステップＳ４２の後、ＰＣＭ８は、補正後の状態量に基づいて、直噴インジェクタ９ｍ、吸気シャッタバルブアクチュエータ３８、高圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３０ｂ、および低圧ＥＧＲバルブアクチュエータ３１ｂを制御する（ステップＳ４４）。

次に、本発明の実施形態に係るエンジン９の冷却システムについて説明する。

図４に示されるように、エンジン９の冷却システム１は、第１流路２、第２流路３、および第３流路４を含む冷却水流路と、冷却水ポンプ５と、流量制御バルブ６と、水温センサ７と、ＰＣＭ８とを備えている。冷却水流路内では冷却水が循環する。

第１流路２は、エンジン９のシリンダヘッド９ｂを経由する冷却水流路である。第１流路２は、シリンダヘッド９ｂの下流側に、第２流路３が分岐する分岐点Ｐ１を有している。第１流路２は、分岐点Ｐ１の下流側に、第１補機用流路２ａ（経路（１））を有している。第１補機用流路２ａは、高圧ＥＧＲバルブ１１ａおよび吸気シャッタバルブ１１ｂを経由する。

第２流路３は、エンジン９の補機１１を経由する冷却水流路である。第２流路３は、分岐点Ｐ１の下流側に分岐点Ｐ２を有している。第２流路３は、分岐点Ｐ２に接続された第２補機用流路３ａ（経路（２））および第３補機用流路３ｂ（経路（４））を有している。第２補機用流路３ａと第３補機用流路３ｂは、分岐点Ｐ２において互いに並列に接続されている。

第２補機用流路３ａは、低圧ＥＧＲバルブ１１ｄ、低圧ＥＧＲクーラ１１ｃ、およびヒータコア１１ｅを経由する。

第３補機用流路３ｂは、ラジエータ１１ｆを経由する。

第３流路４（経路（３））は、エンジン９のシリンダブロック９ａ、オイルクーラ１１ｇ、およびＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）クーラ１１ｈを経由する。

冷却水ポンプ５は、ターボ型ポンプであり、インペラがエンジン９のクランクシャフト９ｅに間接的に連結された構造を有している。冷却水ポンプ５の入力ポート５ａは、流量制御バルブ６を介して、第１補機用流路２ａの下流端、第２補機用流路３ａの下流端、第３補機用流路３ｂの下流端、および第３流路４の下流端に接続されている。冷却水ポンプ５の出力ポート５ｂは、第１流路２の上流端および第３流路４の上流端に接続されている。

冷却水ポンプ５は、入力ポート５ａを介して第１補機用流路２ａ、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４内の冷却水を、エンジントルクの一部を利用したインペラの回転動作に伴うポンプ作用により吸引し、出力ポート５ｂを介して第１流路２および第３流路４に吐出するように構成されている。冷却水ポンプ５内に吸引された冷却水は、冷却水ポンプ５内で撹拌された後、吐出される。

流量制御バルブ６は、単一のロータリーバルブである。流量制御バルブ６は、筒状のケーシングと、当該ケーシング内に回転可能に収容された筒状の弁体と、当該弁体を一方向に回転駆動するアクチュエータとを有している。アクチュエータは、ＰＣＭ８から入力される制御信号（駆動電圧）に応じて弁体を回転駆動する。ケーシングの側面には、４個の入力ポートおよび４個の出力ポートが形成されている。４個の入力ポートは、第１補機用流路２ａの下流端、第２補機用流路３ａの下流端、第３補機用流路３ｂの下流端、および第３冷却水流路４の下流端に接続されている。また、４個の出力ポートは、冷却水ポンプ５の入力ポート５ａに接続されている。

弁体の側面には、切欠き部が形成されている。当該切欠き部とケーシングに形成された出力ポートの連通面積Ｓは、第１補機用流路２ａ、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４に対して個別に設定される。以下の説明では、第１補機用流路２ａに対する連通面積を「連通面積Ｓ２ａ」と称し、第２補機用流路３ａに対する連通面積を「連通面積Ｓ３ａ」と称し、第３補機用流路３ｂに対する連通面積を「連通面積Ｓ３ｂ」と称し、第３流路４に対する連通面積を「連通面積Ｓ４」と称する。

連通面積Ｓ２ａは、弁体の回転角度に拘わらずゼロ近傍の小面積で一定であり（図５参照）、冷却水の流量をゼロ近傍の少量に抑えてシリンダヘッド９ｂを過冷却しないようになっているが、高圧ＥＧＲバルブ１１ａおよび吸気シャッタバルブ１１ｂの冷却に必要な流量は確保できる面積とされている。

一方、連通面積Ｓ３ａ、連通面積Ｓ３ｂ、および連通面積Ｓ４は、弁体の回転角度に応じて連続的に変化するようになっている（図５参照）。

すなわち、連通面積Ｓ３ａ（以下、「第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第２補機用流路３ａにおける冷却水の流量が変化する。

また、連通面積Ｓ３ｂ（以下、「第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第３補機用流路３ｂにおける冷却水の流量が変化する。

また、連通面積Ｓ４（以下、「第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度」と称する）の変化に応じて、第３流路４における冷却水の流量が変化する。

水温センサ７は、第１流路２におけるシリンダヘッド９ｂ近傍の冷却水の温度を検出する。水温センサ７で検出された温度の情報は、ＰＣＭ８へ送信される。

ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度に基づいて流量制御バルブ６の開度を制御するバルブ制御機能を有する。

以下、ＰＣＭ８による冷却システムの制御について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。

なお、以下の説明では、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、および第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度がゼロ（閉じている）の状態から制御が開始されるものとする。

まず、ＰＣＭ８は、水温センサ７からシリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度Ｔを入力する（ステップＳ５１）。

次いで、ＰＣＭ８は、入力した温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５２）。ここで、第１温度閾値Ｔ１は、エンジン９の冷間始動後にエンジン９が冷間状態から温間状態に遷移するときの温度（例えば、概ね８０℃）未満の温度、すなわちエンジン暖機中（暖機完了前）の温度であり、例えば５０℃（図８参照）である。

温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１未満であると判断された場合（ステップＳ５２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度、および第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をゼロに維持する（図８のＡ０参照）ことにより、第１流路２における分岐点Ｐ１の上流側（以下、「第１流路２における上流側流路２ｂ」と称する）を流れる冷却水の流量（シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量）を制限する制御を行う（ステップＳ５３）。これにより、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、第１補機用流路２ａ（経路（１））を流れる冷却水の流量と等しくなり、ゼロ近傍の少量に抑えられる（図９のＡ１参照）。従って、シリンダヘッド９ｂの温度低下が抑制され、シリンダヘッド９ｂの温度は次第に上昇する（図９の第１通水状態）。なお、ステップＳ５３において、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度もゼロに制御する。これにより、シリンダブロック９ａの温度低下が抑制され、シリンダブロック９ａの温度は次第に上昇する。ステップＳ５３の後、ステップＳ５１に戻る。

ステップＳ５２において、温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１以上であると判断された場合（ステップＳ５２でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２（例えば８０℃。図８参照）未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５４）。なお、第２温度閾値Ｔ２は、第１温度閾値Ｔ１より高い値である。

温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２未満であると判断された場合（ステップＳ５４でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させることにより、第１流路２における冷却水の流量制限を解除する制御を行う（ステップＳ５５）。ステップＳ５５の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ５５において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／３程度の開度。図８のＡ２参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

これにより、第２補機用流路３ａに冷却水が少し流れ始め、第２補機用流路３ａを流れた冷却水は冷却水ポンプ５を介して第１流路２に流入する。つまり、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、第１補機用流路２ａ（経路（１））を流れる冷却水の流量と、第２補機用流路３ａ（経路（２））を流れる冷却水の流量の和となり、ステップＳ５３のときよりも流量が増加する（図９のＡ３参照）。しかしながら、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度をいきなり全開にするのではなく、例えば全開の１／３程度の開度とするので、第１流路２における冷却水の流量制限の解除が緩やかに開始される。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第１温度閾値Ｔ１より高く第２温度閾値Ｔ２より低い第３温度閾値Ｔ３（例えば７５℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第３温度閾値Ｔ３以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度が温間時の目標開度（図８のＡ４参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第２補機用流路３ａ（経路（２））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第２補機用流路３ａにおける最大流量）まで増加し、その増加分だけ第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量も増加する（図９のＡ５参照）。従って、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で流量が徐々に増加するので、第１流路２における流量制限の解除が緩やかに行われる（図９の第２通水状態）。

図６に戻って、ステップＳ５４において、温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２以上であると判断された場合（ステップＳ５４でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４（例えば９５℃。図８参照）未満であるかどうかを判断する（ステップＳ５６）。なお、第４温度閾値Ｔ４は、第３温度閾値Ｔ３より高い値である。

温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４未満であると判断された場合（ステップＳ５６でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度を増加させる制御を行う（ステップＳ５７）。ステップＳ５７の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ５７において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／２程度の開度。図８のＡ６参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。これにより、第３流路４に冷却水が少し流れ始め、第３流路４を流れた冷却水は冷却水ポンプ５を介して第１流路２および第３流路４に流入する（図９のＡ７参照）。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第３流路４に対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第２温度閾値Ｔ２より高く第４温度閾値Ｔ４より低い第５温度閾値Ｔ５（例えば８５℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第５温度閾値Ｔ５以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度が目標開度（図８のＡ８、図９のＡ９参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第３流路４（経路（３））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第３流路４における最大流量）まで増加する。つまり、第３流路４から流出する冷却水の流量は、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で徐々に増加する（図９の第３通水状態）。

図６に戻って、ステップＳ５６において、温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４以上であると判断された場合（ステップＳ５６でＮＯ）には、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる制御を行う（ステップＳ５８）。ステップＳ５８の後、ステップＳ５１に戻る。

ここで、ステップＳ５８において行われる制御について、図７のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が目標開度未満の予め定められた開度（例えば、目標開度の１／２程度の開度。図８のＡ１０）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６１）。なお、ここに言う「目標開度」は、温間時の目標開度であり、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の最大開度（全開）を意味する。

これにより、第１流路２における上流側流路２ｂを流れる冷却水の流量は、ステップＳ５５のときよりも流量が増加する（図９のＡ１１参照）。しかしながら、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をいきなり全開にするのではなく、例えば全開の１／２程度の開度とするので、第１流路２における冷却水の流量制限の解除が緩やかに行われる。

次いで、ＰＣＭ８は、水温センサ７で検出された温度Ｔが第４温度閾値Ｔ４より高い第６温度閾値Ｔ６（例えば１００℃。図８参照）以上となったかどうかを判断する（ステップＳ６２）。

温度Ｔが第６温度閾値Ｔ６以上であると判断された場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）には、ＰＣＭ８は、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が温間時の目標開度（図８のＡ１２参照）となるように流量制御バルブ６を制御する（ステップＳ６３）。これにより、第３補機用流路３ｂ（経路（４））を流れる冷却水の流量が温間時の目標流量（第３補機用流路３ｂにおける最大流量）まで増加し、その増加分だけ第１流路２における冷却水の流量も増加する（図９のＡ１３参照）。つまり、ステップＳ６１、Ｓ６３の２段階で流量が徐々に増加するので、第１流路２における流量制限の解除が緩やかに行われる（図９の第４通水状態）。

これに対し、図１０に示されるように、第２補機用流路３ａに対して流量制御バルブ６を全閉状態からいきなり全開状態にすると、第２補機用流路３ａ内に滞留していた低温の冷却水が一気に第１流路２に流れ込み、シリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度が低下してしまう。また、第３補機用流路３ｂに対して流量制御バルブ６を全閉状態からいきなり全開状態にすると、第３補機用流路３ｂ内に滞留していた低温の冷却水が一気に第１流路２に流れ込み、シリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度が低下してしまう。また、第３流路４に対して流量制御バルブ６を全閉状態からいきなり全開状態にすると、第３流路４内に滞留していた低温の冷却水が一気に第１流路２に流れ込み、シリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度が低下してしまう。このように、シリンダヘッド９ｂにおける冷却水の温度が低下すると、エンジン９の暖機を速やかに行えなくなる虞がある。

以上説明したように、本実施形態によれば、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１未満であるときには、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度がゼロに制御されるので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量が制限され、エンジン９の暖機が促進される。

また、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の温度が第１温度閾値Ｔ１以上であるときには、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度が予め定められた目標開度まで段階的に増加するように制御されるので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量制限が徐々に解除され、シリンダヘッド９ｂの温度低下（過冷却）を抑制することができる。

すなわち、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流慮３ｂに対する流量制御バルブ６の開度がゼロであるときは、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流慮３ｂに冷却水の流れはない。このため、エンジン９の冷間始動後にエンジン９の熱で温められた冷却水は第２補機用流路３ａおよび第３補機用流慮３ｂに流入せず、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流慮３ｂ内の冷却水は比較的低温である。このような状態において、第２補機用流路３ａに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）と、第２補機用流路３ａにおいて冷却水が流れ始め、第１流路２に第２補機用流路３ａ内の低温冷却水が流入する。また、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度を増加させる（流量制御バルブ６を開く）と、第３補機用流路３ｂにおいて冷却水が流れ始め、第１流路２に第３補機用流路３ｂ内の低温冷却水が流入する。しかしながら、流量制御バルブ６の開度を段階的に増加させるので、シリンダヘッド９ｂを流れる冷却水の流量制限は徐々に解除され、シリンダヘッド９ｂに流入する低温冷却水は緩やかに増加する。従って、シリンダヘッド９ｂの過冷却が抑制され、エンジン９の冷間始動後の良好な着火性を維持することができる。

また、第１補機用流路２ａに対する流量制御バルブ６の開度を常時ゼロ近傍の予め定められた小開度に保つので、第１補機用流路２ａには常時少量の冷却水流量が流れる。従って、冷却水によって常時冷却する必要がある種類の補機（例えば、高圧ＥＧＲバルブ１１ａや吸気シャッタバルブ１１ｂ等）を第１補機用流路２ａに配置しておくことで、当該補機の過熱を防止することができる。

また、流量制御バルブ６を目標開度未満の予め定められた開度で開いてその開度を暫くの間維持するので、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂ、第３流路４内に存在していた低温の冷却水はシリンダヘッド９ｂへ徐々に供給される。従って、エンジン９の冷間始動後におけるシリンダヘッド９ｂの過冷却を抑制することができ、エンジン９の暖機を促進することができる。

また、第２補機用流路３ａ内の冷却水の熱はヒータコア１１ｅに奪われるが、当該冷却水はシリンダヘッド９ｂへ徐々に供給されるので、エンジン９の冷間始動後におけるシリンダヘッド９ｂの過冷却を抑制することができる。

また、第３補機用流路３ｂ内の冷却水の熱はラジエータ１１ｆを介して放熱されるが、当該冷却水はシリンダヘッド９ｂへ徐々に供給されるので、エンジン９の冷間始動後におけるシリンダヘッド９ｂの過冷却を抑制することができる。

また、第３流路４に対する流量制御バルブ６の開度がゼロであるときに第３流路４内に存在していた低温の冷却水は、流量制御バルブ６の開度を段階的に増加させることによりシリンダヘッド９ｂおよびシリンダブロック９ａへ徐々に供給されるので、エンジン９の冷間始動後におけるシリンダヘッド９ｂおよびシリンダブロック９ａの過冷却を抑制することができる。

また、流量制御バルブ６として、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブを用いるので、容易に流量の制御を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、第２補機用流路３ａ、第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をゼロとすることにより、第１流路２における冷却水の流量を制限しているが、これに限られない。例えば、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂに対する流量制御バルブ６の開度をゼロ近傍の予め定められた小開度とすることにより、第１流路２における冷却水の流量を制限してもよい。また、第２補機用流路３ａおよび第３補機用流路３ｂの一方に対する流量制御バルブ６の開度をゼロとし、他方に対する流量制御バルブ６の開度を上記小開度とすることにより、第１流路２における冷却水の流量を制限してもよい。

また、上記実施形態においては、第２通水状態、第３通水状態、および第４通水状態において、流量制御バルブ６の開度を温間時の予め定められた目標開度まで２段階で増加させているが、これに限られない。例えば、流量制御バルブ６の開度を上記目標開度まで３段階以上の多段階で増加させてもよい。

また、上記実施形態においては、流量制御バルブ６の開度を温間時の予め定められた目標開度まで段階的に増加させているが、これに限られない。例えば、流量制御バルブ６の開度を上記目標開度まで連続的に漸増させてもよい。

１ エンジンの冷却システム
２ 第１流路
２ａ 第１補機用流路
３ 第２流路
３ａ 第２補機用流路
３ｂ 第３補機用流路
４ 第３流路
５ 冷却水ポンプ
５ａ 冷却水ポンプの入口ポート
５ｂ 冷却水ポンプの出口ポート
６ 流量制御バルブ
７ 水温センサ
８ ＰＣＭ
９ エンジン
９ａ シリンダブロック
９ｂ シリンダヘッド
１１ 補機
１１ａ 高圧ＥＧＲバルブ
１１ｂ 吸気シャッタバルブ
１１ｃ 低圧ＥＧＲクーラ
１１ｄ 低圧ＥＧＲバルブ
１１ｅ ヒータコア
１１ｆ ラジエータ
１１ｇ オイルクーラ
１１ｈ ＡＴＦクーラ

Claims (8)

1. エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路および当該第１流路から分岐してエンジンの補機を経由する第２流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、
   前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
   前記第２流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、
   前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段と、
   を備え、
   前記バルブ制御手段は、前記第１流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入が行われている状態で前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であるときには、前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第１開度として前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには、前記流量制御バルブの開度を第２開度まで段階的に増加させ、もしくは連続的に漸増させて前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入の制限を解除し、
   前記第１開度は、ゼロよりも大きく、前記第２開度よりも小さい、小開度である、
   ことを特徴とする、エンジンの冷却システム。
2. 前記第１流路において、当該第１流路から前記第２流路が分岐する分岐点の下流側である下流側流路にはエンジンの補機が配置されており、
   前記流量制御バルブは、前記下流側流路に接続され、
   前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときに、前記下流側流路に対するバルブの開度を前記第１開度に保つ期間を経た後に前記第２開度まで増加させる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの冷却システム。
3. 前記バルブ制御手段は、前記第２流路に対して前記流量制御バルブを前記第２開度未満の第３開度で開いて、当該第３開度を維持するとともに、その維持の期間に前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた条件を満たしたときに、前記第２流路に対して前記流量制御バルブを前記第２開度で開く制御を行う、
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンの冷却システム。
4. 前記第２流路に配置される補機は、ヒータコアである、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの冷却システム。
5. 前記第２流路に配置される補機は、ラジエータである、
   ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの冷却システム。
6. 前記冷却水流路は、エンジンのシリンダブロックを経由する第３流路をさらに備え、
   前記流量制御バルブは、前記第２流路における冷却水の流量および前記第３流路における冷却水の流量を制御し、
   前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値より高い予め定められた第３流路用温度閾値未満であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第４開度とし、前記温度検出手段で検出された温度が前記第３流路用温度閾値以上であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度を第５開度まで段階的に増加させ、もしくは、前記目標開度まで連続的に漸増させ、
   前記第４開度は、ゼロよりも大きく、前記第５開度よりも小さい、小開度である、
   ことを特徴とする、請求項３に記載のエンジンの冷却システム。
7. 前記流量制御バルブは、開度が大きくなるほど冷却水流量が大きくなるロータリーバルブである、
   ことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のエンジンの冷却システム。
8. エンジンのシリンダヘッドを経由する第１流路、および当該第１流路から分岐してエンジンの補機を経由する第２流路、およびエンジンのシリンダブロックを経由する第３流路を含み、かつ冷却水が循環する冷却水流路と、
   前記冷却水流路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプと、
   前記第２流路における冷却水の流量、および前記第２流路における冷却水の流量、および前記第３流路における冷却水の流量を制御する流量制御バルブと、
   前記第１流路における冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するバルブ制御手段と、
   を備え、
   前記バルブ制御手段は、前記第１流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入が行われている状態で前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が予め定められた温度閾値未満であるときには、前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第１開度として前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入を抑制し、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値以上であるときには、前記流量制御バルブの開度を第２開度まで段階的に増加させ、もしくは連続的に漸増させて前記第２流路を介したシリンダヘッドへの冷却水導入の制限を解除し、
   前記第１開度は、ゼロよりも大きく、前記第２開度よりも小さい、小開度であり、
   さらに、前記バルブ制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記温度閾値より高い予め定められた第３流路用温度閾値未満であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度をゼロまたは第３開度とし、前記温度検出手段で検出された温度が前記第３流路用温度閾値以上であるときに、前記第３流路に対する前記流量制御バルブの開度を第４開度まで段階的に増加させ、もしくは、前記目標開度まで連続的に漸増させ、
   前記第３開度は、ゼロよりも大きく、前記第４開度よりも小さい、小開度である、
   ことを特徴とする、エンジンの冷却システム。

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