內燃機的冷卻裝置以及冷卻裝置的控制方法與流程
2023-04-22 20:45:46
本發明涉及使冷卻液在缸蓋、缸體中循環來進行冷卻的內燃機的冷卻裝置及其控制方法。
背景技術：
在專利文獻1中公開有如下內容：針對在空調用冷卻水迴路中具有電動水泵的系統，在通過怠速減速控制使發動機停止了時，通過起動電動水泵而使冷卻水在空調用的冷卻水迴路中流動來確保空調能力。在先技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開2008-248715號公報
技術實現要素：
發明要解決的課題在內燃機的預熱運轉中，通過使缸蓋的溫度提前上升而改善燃燒性，從而可以改善油耗性能和排氣特性等。另外，通過在內燃機的預熱完成後抑制缸蓋的溫度上升，可以抑制產生爆震。另一方面，通過在內燃機的預熱完成後提高缸體的溫度，摩擦降低，可以提高油耗性能。因此，希望提供一種可以分別單獨控制缸蓋的溫度和缸體的溫度的冷卻裝置。並且，若在由怠速減速控制引起的內燃機的臨時停止中缸蓋的溫度上升，則在使內燃機再起動時有時產生提前點火、爆震等燃燒異常而導致起動性降低。因此，希望在內燃機的臨時停止中冷卻缸蓋，但缸體的溫度降低存在導致摩擦增大的問題。於是，本發明的目的在於提供一種內燃機的冷卻裝置以及控制方法，可以分別控制缸蓋的溫度和缸體的溫度，因此，能夠有助於提高內燃機的油耗性能，提高從臨時停止狀態起的再起動性等。用於解決課題的方案因此，本發明的內燃機的冷卻裝置具有多個冷卻液線路，所述多個冷卻液線路包括：經由內燃機的缸蓋及散熱器並繞過缸體的第一冷卻液線路、以及經由所述缸體並繞過所述散熱器的第二冷卻液線路，並且，所述內燃機的冷卻裝置包括：具有與所述多個冷卻液線路各自的出口連接的多個入口埠，控制冷卻液向所述多個冷卻液線路的每一個的供給量的電動式的流量控制閥；從所述缸蓋和所述散熱器之間的所述第一冷卻液線路分支，並繞過所述散熱器與所述流量控制閥的出口埠側匯合的旁通線路；將所述內燃機作為驅動源而使冷卻液循環的機械式水泵；以及將電機作為驅動源而使冷卻液循環的電動式水泵。另外，在本發明的內燃機的冷卻裝置的控制方法中，所述內燃機的冷卻裝置具有多個冷卻液線路，所述多個冷卻液線路包括：經由內燃機的缸蓋及散熱器並繞過缸體的第一冷卻液線路、以及經由所述缸體並繞過所述散熱器的第二冷卻液線路，並且，所述內燃機的冷卻裝置包括：具有與所述多個冷卻液線路各自的出口連接的多個入口埠，控制冷卻液向所述多個冷卻液線路的每一個的供給量的電動式的流量控制閥；從所述缸蓋和所述散熱器之間的所述第一冷卻液線路分支，並繞過所述散熱器與所述流量控制閥的出口埠側匯合的旁通線路；將所述內燃機作為驅動源而使冷卻液循環的機械式水泵；以及將電機作為驅動源而使冷卻液循環的電動式水泵，所述內燃機的冷卻裝置的控制方法包括：檢測所述內燃機的臨時停止狀態的步驟；在所述內燃機成為臨時停止狀態時使所述電動式水泵工作的步驟；以及在所述內燃機成為臨時停止狀態時切換所述流量控制閥的位置的步驟。發明的效果根據上述發明，可以一同提高缸蓋的溫度的控制性能、以及缸體的溫度的控制性能，可以提高內燃機的油耗性能和起動性。附圖說明圖1是本發明實施方式中的內燃機的冷卻裝置的系統概略圖。圖2是例示本發明實施方式中的流量控制閥的切換特性以及內燃機的運轉狀態下的流量控制閥的控制的時序圖。圖3是例示本發明實施方式中的內燃機的運轉狀態下的流量控制閥的控制的流程圖。圖4是例示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的流量控制閥以及電動式水泵的控制的流程圖。圖5是例示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的流量控制閥以及電動式水泵的控制的流程圖。圖6是表示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的電動式水泵的起動控制的流程圖。圖7是表示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的電動式水泵的起動控制的時序圖。圖8是表示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的電動式水泵的起動控制的流程圖。圖9是表示本發明實施方式中的怠速減速狀態下的電動式水泵的起動控制的時序圖。具體實施方式以下說明本發明的實施方式。圖1是表示本發明的內燃機的冷卻裝置的一例的結構圖。內燃機10具有缸蓋11以及缸體12。在內燃機10的輸出軸上連接有作為傳動裝置的一例的CVT等變速器20，變速器20的輸出被傳遞到省略圖示的驅動輪。即，內燃機10用作驅動車輛的動力源。內燃機10的冷卻裝置是使冷卻水循環的水冷式冷卻裝置，由如下部件構成：藉助電氣式促動器進行動作的電動式的流量控制閥(MotorizedControlValve：電動式控制閥)30、將電機作為驅動源使冷卻水循環的電動式水泵40、將內燃機10作為驅動源使冷卻液循環的機械式水泵45、散熱器50、設置於內燃機10的冷卻水通路60、以及將它們連接的多個配管70。由冷卻水通路60和多個配管70形成冷卻液循環路徑。另外，電動式水泵40的最大排出能力設定為比機械式水泵45的最大排出能力低。這是為了：在內燃機10的運轉中，由機械式水泵45使冷卻水循環，在與內燃機10的運轉中相比冷卻水的循環量的要求變低的內燃機10的停止狀態下，使電動式水泵40以使工作以使冷卻水循環。換言之，電動式水泵40的最大排出能力以在內燃機10的停止狀態下所需要的最大循環量為基準而設定。在內燃機10中設置有在缸蓋11內延伸設置的冷卻水通路61，該冷卻水通路61將在缸蓋11的氣缸排列方向的一端設置的冷卻水入口13和在缸蓋11的氣缸排列方向的另一端設置的冷卻水出口14連接。另外，在內燃機60中設置有冷卻水通路62，該冷卻水通路62從冷卻水通路61分支併到達缸體12，在缸體12內延伸設置並與設置於缸體12的冷卻水出口15連接。缸體12的冷卻水出口15在與設置有冷卻水出口14的一側相同的氣缸排列方向的端部設置。這樣，在圖1例示的冷卻裝置中，經由缸蓋11向缸體12供給冷卻水，以未流到缸體12的方式通過了缸蓋11的冷卻水從冷卻水出口14排出，流入到缸蓋11後通過了缸體12內的冷卻水從冷卻水出口15排出。在缸蓋11的冷卻水出口14連接有第一冷卻水配管71的一端，第一冷卻水配管71的另一端與散熱器50的冷卻水入口51連接。在缸體12的冷卻水出口15連接有第二冷卻水配管72的一端，第二冷卻水配管72的另一端與流量控制閥30的四個入口埠31-34中的第一入口埠31連接。在第二冷卻水配管72的中途設置有用於冷卻內燃機10的潤滑油的油冷卻器16，油冷卻器16在流過第二冷卻水配管72內的冷卻水和內燃機10的潤滑油之間進行熱交換。另外，第三冷卻水配管73的一端與第一冷卻水配管71連接，另一端與流量控制閥30的第二入口埠32連接，該第三冷卻水配管73在中途設置有用於加熱變速器20的工作油的油加熱器21。油加熱器21在流過第三冷卻水配管73內的冷卻水和變速器20的工作油之間進行熱交換。即，使通過了缸蓋11的冷卻水分流並將其引導到水冷式的油加熱器21，在油加熱器21中加熱工作油。並且，第四冷卻水配管74的一端與第一冷卻水配管71連接，另一端與流量控制閥30的第三入口埠33連接。在第四冷卻水配管74上設置有各種熱交換設備。作為上述熱交換設備，從上遊側依次設置有：在車輛用空調裝置中對調節空氣進行加熱的加熱器芯91、構成內燃機10的排氣回流裝置的水冷式的EGR冷卻器92、同樣地構成排氣回流裝置的用於調節排氣回流量的排氣回流控制閥93、以及調節內燃機10的吸入空氣量的節氣門94。加熱器芯91是通過在第四冷卻水配管74內的冷卻水和調節空氣之間進行熱交換來對調節空氣進行加熱的設備。EGR冷卻器92是如下的設備：在藉助排氣回流裝置回流到內燃機10的進氣系統中的排氣和第四冷卻水配管74內的冷卻水之間進行熱交換，使回流到進氣系統中的排氣的溫度降低。另外，排氣回流控制閥93以及節氣門94構成為與第四冷卻水配管74內的冷卻水之間進行熱交換而被加熱，由此，抑制排氣中和進氣中含有的水分在排氣回流控制閥93、節氣門94的周邊凍結。這樣，使通過了缸蓋11的冷卻水分流並將其引導到加熱器芯91、EGR冷卻器92、排氣回流控制閥93、節氣門94，在冷卻水與它們之間進行熱交換。另外，第五冷卻水配管75的一端與散熱器50的冷卻水出口52連接，另一端與流量控制閥30的第四入口埠34連接。流量控制閥30具有一個出口埠35，在該出口埠35連接有第六冷卻水配管76的一端。第六冷卻水配管76的另一端與機械式水泵45的吸入口46連接。而且，在機械式水泵45的排出口47連接有第七冷卻水配管77的一端，第七冷卻水配管77的另一端與缸蓋11的冷卻水入口13連接。另外，第八冷卻水配管78的一端與第一冷卻水配管71的相比與第三冷卻水配管73、第四冷卻水配管74連接的部分靠下遊側的部分連接，另一端與第六冷卻水配管76連接。如上所述，流量控制閥30具有四個入口埠31-34和一個出口埠35，在入口埠31-34分別連接有冷卻水配管72、73、74、75，在出口埠35連接有第六冷卻水配管76。流量控制閥30例如是旋轉式的流路切換閥，是如下結構：在形成有多個入口埠31-35的定子上嵌裝設置有流路的轉子，由電動馬達等電動促動器驅動轉子旋轉來變更轉子的角度位置，從而連接定子的各開口。而且，在該旋轉式的流量控制閥30中，轉子的流路等被設定成四個入口埠31-34的開口面積比例與轉子角度相應地變化，能夠通過轉子角度的選定而控制在所希望的開口面積比例。在上述結構中，由冷卻水通路61和第一冷卻水配管71構成經由缸蓋11以及散熱器50並繞過缸體12的散熱器冷卻液線路(第一冷卻液線路)。另外，由冷卻水通路62和第二冷卻水配管72構成經由缸體12並繞過散熱器50的缸體冷卻液線路(第二冷卻液線路)。另外，由冷卻水通路61和第四冷卻水配管74構成經由缸蓋11以及加熱器芯91並繞過散熱器50的加熱器芯冷卻液線路(第三冷卻液線路)。另外，由冷卻水通路61和第三冷卻水配管73構成經由缸蓋11以及變速器20的油加熱器21並繞過散熱器50的動力傳遞系統冷卻液線路(第四冷卻液線路)。進而，由第八冷卻水配管78構成從缸蓋11和散熱器50之間的散熱器冷卻液線路分支並繞過散熱器50與流量控制閥30的流出側匯合的旁通線路。即，散熱器冷卻液線路、缸體冷卻液線路、加熱器芯冷卻液線路以及動力傳遞系統冷卻液線路的出口與流量控制閥30的流入側連接，流量控制閥30的流出側與機械式水泵45的吸引側連接。而且，流量控制閥30是如下的切換閥：通過調節各冷卻液線路的出口的開口面積，從而控制冷卻水向散熱器冷卻液線路、缸體冷卻液線路、加熱器芯冷卻液線路以及動力傳遞系統冷卻液線路的供給量。另外，冷卻裝置具有檢測冷卻水的溫度的溫度檢測部。溫度檢測部包括第一溫度傳感器81以及第二溫度傳感器82。第一溫度傳感器81檢測冷卻水出口14附近的第一冷卻水配管71內的冷卻水溫度TW1、即缸蓋11的出口附近的冷卻水的溫度TW1。另外，第二溫度傳感器82檢測冷卻水出口15附近的第二冷卻水配管71內的冷卻水溫度TW2、即缸體12的出口附近的冷卻水的溫度TW2。第一溫度傳感器81的檢測信號TW1以及第二溫度傳感器82的檢測信號TW2被輸入到具有微型計算機的電子控制裝置(控制器、控制單元)100。另外，在構成旁通線路的第八冷卻水配管78的中途配置有電動式水泵40。即，一端與第一冷卻水配管71連接的第八冷卻水配管78a的另一端與電動式水泵40的吸入口41連接，一端與電動式水泵40的排出口42連接的第八冷卻水配管78b的另一端與第六冷卻水配管76連接。電子控制裝置100具有控制電動式水泵40的排出量、流量控制閥30的轉子角度的功能，而且，具有控制向內燃機10噴射燃料的燃料噴射裝置17的動作的功能，並且具有控制點火裝置18的動作的功能。圖2是概略地表示內燃機10的運轉狀態下由電子控制裝置100進行的流量控制閥30的控制的一例的時序圖。另外，電子控制裝置100在內燃機10的運轉狀態下，使電動式水泵40的驅動停止，機械式水泵45由內燃機10旋轉驅動而使冷卻水循環。首先，說明基於流量控制閥30的轉子角度進行的流路的切換。流量控制閥30從轉子角度被限制器限制的基準角度位置起在規定角度範圍內，將入口埠31-34全部關閉。將流量控制閥30的入口埠31-34全部關閉的位置稱為第一模式或第一位置。另外，將入口埠31-34全部關閉的狀態除使各入口埠31-34的開口面積為零的狀態之外，還包括使其為比零大的最小開口面積的狀態、換言之產生洩漏流量的狀態。在相比將上述入口埠31-34全部關閉的角度使轉子角度增加時，與加熱器芯冷卻液線路的出口連接的第三入口埠33打開至規定開度。將上述第三入口埠33打開的位置稱為第二模式或第二位置。第二模式下的第三入口埠33的規定開度是適合第二模式而預先設定的開度，是比第三入口埠33的最大開口面積小的中間開口面積，是第二模式下的上限開度。在從第三入口埠33打開至恆定開度的角度起使轉子角度進一步增大時，與缸體冷卻液線路的出口連接的第一入口埠31打開，第一入口埠31的開口面積隨著轉子角度的增大而逐漸增加。將上述第一入口埠31打開的位置稱為第三模式或第三位置。在比第一入口埠31打開的角度更大的角度位置，與動力傳遞系統冷卻液線路的出口連接的第二入口埠32打開至規定開度。將上述第二入口埠32打開的位置稱為第四模式或第四位置。第四模式下的第二入口埠32的規定開度是適合第四模式而預先設定的開度，是比第二入口埠32的最大開口面積小的中間開口面積，是第四模式下的上限開度。而且，在比第二入口埠32打開至恆定開度的角度大的角度位置，與散熱器冷卻液線路的出口連接的第四入口埠34打開，第四入口埠34的開口面積隨著轉子角度的增大而逐漸增加。將上述第四入口埠34打開的位置稱為第五模式或第五位置。另外，第四入口埠34的開口面積被設定為，在開始打開的初期比第一入口埠31的開口面積小，但隨著轉子角度的增大而變得比第一入口埠31的開口面積大。接著，概述圖2例示的、由電子控制裝置100進行的內燃機10的運轉狀態下的流量控制閥30的控制。電子控制裝置100在內燃機10的運轉狀態下，基於第一溫度傳感器81、第二溫度傳感器82的檢測輸出、即缸蓋11的溫度以及缸體12的溫度，控制流量控制閥30的轉子角度。電子控制裝置100在內燃機10冷機起動時，將流量控制閥30的轉子角度控制在入口埠31-34全部關閉的位置(第一模式、第一位置)，並經由旁通線路使冷卻水循環，從而預熱缸蓋11。在時刻t1，在由第一溫度傳感器81檢測到的缸蓋11的出口處的冷卻水的溫度TW1達到表示缸蓋11的預熱完成的溫度時，電子控制裝置100使轉子角度增加至加熱器芯冷卻液線路打開的角度位置(第二模式、第二位置)，開始向加熱器芯91供給冷卻水。接著，在時刻t2，在由第二溫度傳感器82檢測到的缸體12的出口處的冷卻水的溫度TW2達到設定溫度時，電子控制裝置100使轉子角度增加至缸體冷卻液線路打開的角度位置(第三模式、第三位置)，開始向缸體12供給冷卻水。而且，在開始向缸體12供給冷卻水後缸體12的出口處的冷卻水的溫度TW2上升規定溫度，在時刻t4，在溫度TW2達到目標溫度附近時，電子控制裝置100使轉子角度增加至動力傳遞系統冷卻液線路打開的角度位置(第四模式、第四位置)，開始向油加熱器21供給冷卻水。在內燃機10的各部分的預熱完成時，電子控制裝置100隨著冷卻水的溫度上升使轉子角度增大至打開散熱器冷卻液線路的角度(第五模式、第五位置)並調節散熱器冷卻液線路的開口面積，以便將將缸蓋11的出口處的冷卻水的溫度維持在目標值附近，並將缸體12的出口處的冷卻水的溫度維持在比缸蓋11的目標值高的目標值。即，電子控制裝置100隨著內燃機10預熱的進行而使流量控制閥30的轉子角度增大，在預熱完成後，通過調節散熱器冷卻液線路的開口面積來調節缸蓋11以及缸體12的溫度。換言之，冷卻水向各冷卻液線路的供給量的要求隨著內燃機10預熱的進行而變化，因此，使流量控制閥30的轉子角度和各入口埠31-34的開口面積的相關性設定成流量控制閥30的控制特性與該要求供給量的變化對應地變化。在此，相比將缸體12的出口處的冷卻水的溫度TW2維持在目標值，優先將缸蓋11的出口處的冷卻水的溫度TW1維持在目標值附近。即，例如，在內燃機10的高負荷運轉時等，在缸蓋11的出口處的冷卻水的溫度TW1比目標值高而缸體12的出口處的冷卻水的溫度TW2被維持在目標值附近的情況下，電子控制裝置100進行增大散熱器冷卻液線路的開口面積的控制。圖2的時刻t5以後表示該控制。因此，在內燃機10的高負荷運轉時，可能存在缸蓋11的出口處的冷卻水的溫度TW1被維持在目標值附近而缸體12的出口處的冷卻水的溫度TW2相比目標值降低的情況。圖3的流程圖表示內燃機10的運轉狀態下由電子控制裝置100進行的流量控制閥30的控制的一例。電子控制裝置100通過每隔規定時間的中斷處理來實施圖3的流程圖所示的程序。首先，在步驟S401中，電子控制裝置100對第一溫度傳感器81的檢測信號TW1、即缸蓋11的出口處的水溫TW1與第一閾值TH1進行比較來判別是內燃機10以冷機狀態被起動了、還...