[0001] 本发明涉及一种使用冷却液进行内燃机的温度管理的冷却控制装置。

[0002] 作为上述结构的冷却控制装置，在专利文献1中展示了以下技术：基于内燃机的运转状态而设定冷却水的目标温度，为了实现目标散热效率，从散热模型取得电动的冷却装置的冷却量，并基于取得的冷却量来控制电动的冷却装置。

[0003] 在该专利文献1中也展示了通过基于目标温度与实际温度的偏差的反馈控制、和基于发动机热量的前馈控制来设定目标散热效率的处理方式。作为电动的冷却装置，展示了散热器风扇、水泵和恒温器，为了实现冷却量的冷却而对它们进行控制。

[0004] 在专利文献2中展示了如下控制方式：由内燃机(驱动源)的冷却系统根据冷却水的水温而储存的冷却系统热量、和在运转状态下内燃机释放的车辆动力源散热量来推测冷却系统的总热量，并基于该总热量来决定散热器的目标总热量和散热器流量。

[0005] 在该专利文献2中，形成为具备设定冷却水的水量的电动水泵，在内燃机的冷却水出口和散热器下软管的合流部分具备恒温阀，在恒温阀和电动水泵之间具备旁路通道，通过恒温阀的开度来调节来自内燃机的出口的冷却水和来自散热器下软管的冷却水的混合比。专利文献

[0006] 专利文献1：日本专利特开2014-218938号公报专利文献2：日本专利特开2005-248903号公报

[0024] 以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。[基本结构]
如图1所示，冷却控制装置形成为具备冷却回路，并且具备控制单元10(控制部的一个例子)，上述冷却回路由输送作为内燃机的发动机E的冷却水(冷却液的一个例子)的水泵WP(冷却液泵的一个例子)、并列形成的多个流路F(第1流路F1、第2流路F2和第3流路F3的上位概念)、配备在多个流路F的各流路的热交换器、和控制冷却水(冷却液的一个例子)的流动的流量控制阀V形成。

[0025] 该冷却控制装置使用水温传感器S(液温传感器的一个例子)检测冷却水(冷却液)的水温，控制单元10基于该检测结果控制流量控制阀V，从而管理在后述的第1供给模式M1和第2供给模式M2下的热交换。

[0026] 作为冷却水受到流量控制阀V的控制的热交换器，具备EGR冷却器1(第1热交换器的具体例)、油冷却器2(第2热交换器的具体例)和散热器3。此外，水泵WP(冷却液泵)由发动机E的曲轴驱动，并配置于流量控制阀V和发动机E之间。

[0027] 冷却控制装置构成为对小客车等车辆的发动机E(内燃机)进行温度管理。发动机E可假定为例如如往复式发动机般具有形成于从气缸体至缸盖的整个区域的水套的结构。冷却控制装置形成为将水套的冷却水向流路F送出，在将该冷却水供给至热交换器并进行热交换后，再通过水泵WP返回水套。此外，发动机E形成为将来自作为输出轴的曲轴的驱动力传递至变速装置。应予说明，发动机E不限定于往复式发动机。并且，发动机E不限定于对变速装置直接地作用驱动力的结构，也可为例如像混合动力型的车辆般向电动机传递驱动力的结构。

[0028] [流路/热交换器]水温传感器S设置于发动机E，以从主流路FM分支的方式形成有多个流路F，冷却水被从发动机E输送至上述主流路FM。在本实施方式中，作为多个流路F，形成有第1流路F1、第2流路F2和第3流路F3。作为热交换器，在第1流路F1上具备EGR冷却器1，在第2流路F2上具备油冷却器2，在第3流路F3上具备散热器3。

[0029] 将通过取出一部分发动机E的废气并使其返回进气系统来改善废气中的成分、提高燃料效率的技术称作EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)，EGR冷却器1使用冷却水对从发动机E取出的废气的一部分进行热交换(冷却)。

[0030] 油冷却器2具有被通过油泵6供给贮留于发动机E的油盘5的润滑油的结构，并在其与冷却水之间进行热交换。通过该油冷却器2进行了热交换的润滑油被供给至阀正时控制装置等液压工作机器、或发动机各部的润滑部分。油泵6为可对2级以上的液压水平进行控制的可变液压机械式油泵，且由发动机E驱动。

[0031] 散热器3具有通过进行冷却水的散热而进行发动机E的温度管理的功能，并通过散热器风扇7供给冷却风。散热器风扇7由风扇电动机7M驱动，上述风扇电动机7M由电动机构成。

[0032] [流量控制阀]流量控制阀V为在阀壳的内部以阀体旋转自如的方式收容有阀体的旋转型，其具备了阀电动机VM和阀传感器VS，上述阀电动机VM由电动机构成，以对阀体进行旋转操作，上述阀传感器VS检测阀体的旋转角。阀传感器VS由霍尔元件、电位计等构成，通过检测流量控制阀V的阀体的旋转角，能够检测在流量控制阀V中各供给模式下的阀部的开度。应予说明，流量控制阀V也可使用在阀壳的内部收容有进行滑动动作的阀体的滑动动作型。

[0033] 流量控制阀V具有开闭第1流路F1的第1阀部V1、开闭第2流路F2的第2阀部V2、开闭第3流路F3的第3阀部V3。将在该结构的流量控制阀V中第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3相对于阀体的动作量的开度表示于图2。应予说明，将第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3统称为阀部。

[0034] 在图2中，在纵轴表示第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3的开度(开度使用百分比来表示)，在横轴表示阀体的动作量(转动量)。如从该附图可理解的，在阀体位于初始位置的情况下，形成第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3为关闭状态的全闭模式M0，冷却水不流至第1流路F1、第2流路F2和第3流路F3。

[0035] 接着，通过从全闭模式M0使阀体向开放方向动作，从而在将第2阀部V2和第3阀部V3维持为关闭状态的状态下，转换为可调节第1阀部V1的开度的第1供给模式M1。

[0036] 进而，通过从第1供给模式M1使阀体超过第1供给模式M1的全开状态向开放方向动作，从而在将第1阀部V1维持为全开的状态下(第3阀部V3维持为关闭状态)，转换为可调节第2阀部V2的开度的第2供给模式M2。

[0037] 然后，通过从第2供给模式M2使阀体超过第2供给模式M2的全开状态向开放方向动作，从而在将第1阀部V1的开度和第2阀部V2部的开度维持为全开的状态下，转换为可调节第3阀部V3的开度的第3供给模式M3。

[0038] 特别是，在该流量控制阀V中，在第1阀部V1的开度达到全开以前，不会通过第2阀部V2进行冷却水的供给。与此相同地，在第2阀部V2的开度达到全开以前，不会通过第3阀部V3进行冷却水的供给。

[0039] [控制单元/控制方式]控制单元10对发动机整体进行管理并且在发动机E运转时使用流量控制阀V控制在流路F中流动的冷却水的水量从而进行对由热交换器交换的热量的管理。特别是，控制单元10形成为在进行发动机E的温度管理的情况下，能够通过流量控制阀V的控制将供给至散热器
3的冷却水的流量设定为最佳。

[0040] 如图3所示，控制单元10被输入来自节流阀传感器21、发动机转速传感器22、外部气温传感器23、油温传感器24、水温传感器S(液温传感器的一个例子)和阀传感器VS的检测信号。并且，控制单元10向控制流量控制阀V的开度的阀电动机VM、和驱动散热器风扇7的风扇电动机7M输出控制信号。

[0041] 节流阀传感器21由检测发动机E的节流阀的位置(开度)的电位计等构成。发动机转速传感器22由计测发动机E的曲轴的转速的非接触型等的传感器构成。外部气温传感器23由检测车辆的外部气温的热敏电阻等构成。油温传感器24由检测被供给至油冷却器2的润滑油的油温的热敏电阻等构成。水温传感器S设置于发动机E，且由热敏电阻等构成。

[0042] 控制单元10具备CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等，同时还具备作为软件而构成的暖机控制部11、热量取得部12、目标散热量设定部13、开度设定部14、开度校正部15、风量推定部16、目标水温设定部17。基于图4的流程图、图5的方框图和图6的图表对由它们实现的控制方式进行说明。

[0043] 在图5中，将冷却水储存的热量和应通过散热器3释放的热量的关系作为方框图来表示。第1热量Q1为发动机E运转时单位时间内从发动机E对冷却水提供的热量(以下称作发动机热量)，且其与发动机E的转速以及作用于发动机E的载荷成比例关系。第2热量Q2为发动机E运转时单位时间内从EGR冷却器1对冷却水提供的热量(以下称作EGR热量)，其相对发动机E的转速以及作用于发动机E的载荷，通过特定的EGR率求得。在此，吸入空气量能够基于节流阀传感器21的节流阀的位置(开度)取得。此外，如果EGR率上升，则第2热量Q2增加，如果EGR率下降，则第2热量Q2减少。

[0044] 第3热量Q3为为了使冷却水的现在的水温变化为目标水温而接受或给予的冷却水的总热量(以下称作冷却水热量)，基本上为通过对实际水温和目标水温的差值乘以冷却水的总水量和比热而算出的值。

[0045] 第4热量Q4为经由构成发动机E中包含从缸盖至气缸体的外壁部分的发动机组部分对冷却水在单位时间内作用的热量(以下称作发动机组热量)，其基于发动机壁温和实际水温而求得。该发动机组热量为，在发动机E为低温时，从冷却水吸收热量，在发动机E的温度上升至高于特定温度时，对冷却水提供热量。由于发动机壁温与实际水温的关系难以把握，因此该热量通过基于根据发动机E的运转时间、或实际水温等的关系而事先取得的数据的运算或列表数据来设定。应予说明，即使在发动机E不为往复式发动机的情况下，使冷却水的热量作用的部位也为发动机外壁部分。

[0046] 第5热量Q5为暖机后的发动机E运转时对油冷却器2和冷却水之间在单位时间内接受或给予的热量(以下称作油热量)，并且其通过润滑油温(润滑油为热交换对象的一个例子)、流至油冷却器2的润滑油量、实际水温和冷却水量来求得。

[0047] 将第3热量Q3除以目标响应时间T而得到的值作为每单位时间的第3热量Q3’，通过求出第1热量Q1、第2热量Q2、每单位时间的第3热量Q3’、第4热量Q4和第5热量Q5的总和(合计值)，可求得应该释放的热量。为了释放求得的热量，通过在散热器模型中考虑外部气温和目标响应时间T(参照图6)等来设定应向散热器3供给的冷却水的目标流量，并与此对应地设定流量控制阀V的目标开度。

[0048] 目标响应时间T被设定为用于迅速地进行散热(迅速散热)的时间、和用于花费充足的时间来进行散热(抑制散热)的时间两种。也就是说，用于迅速散热的目标响应时间T为表示当进行通过流量控制阀V来增大冷却水的流量的控制时，到应该释放的热量的散热结束为止不得超过的时间的值。此外，用于抑制散热的目标响应时间T为表示当进行通过流量控制阀V来减小冷却水的流量的控制时，到应该释放的热量的散热完成为止不得少于的时间的值。该目标响应时间T基于加速操作、发动机的转速、流量控制阀V的开度等进行设定。

[0049] 设定目标响应时间T的理由如下：例如，在像进行了急剧踩下油门踏板的操作的情况般发动机E的温度在短时间内上升的状况下，由于发动机E的热传导不足，即使进行基于发动机E的温度的控制，也难以实现恰当的温度管理。因此，需要假定冷却液的沸腾的时间，并且在假定的时间之前释放为了抑制沸腾所需的热量。基于这样的理由来设定用于迅速散热的目标响应时间T。与此相同地，当解除踩下油门踏板的操作时会导致过度的冷却不足，在此状况下，也设定用于抑制发动机E的温度上升的目标响应时间T。

[0050] 由此，例如在增大冷却水的流量的情况下，用于迅速散热的目标响应时间T越短，流量控制阀V的目标开度就设定为越大。

[0051] 在冷却控制装置中，无论在进行第1供给模式M1、第2供给模式M2和第3供给模式M3的哪一个模式下的控制时，开度设定部14都基于发动机E的转速(每单位时间的转速)和目标响应时间T(参照图6)来设定流量控制阀V的开度。也就是说，为了使用发动机E驱动水泵WP而考虑发动机E的转速。应予说明，图6所示的目标响应时间T被用作从前馈控制FF向同时实行该前馈控制FF和反馈控制FB的控制的切换时间。

[0052] 如图4的流程图所示，具体的控制方式为随着发动机E的启动而实行冷却控制，在由水温传感器S检测到的水温(实际水温)低于规定值、需要进行暖机运转的情况下，将流量控制阀V维持于全闭模式M0而进行暖机运转(步骤#01～#03)。

[0053] 该暖机运转通过暖机控制部11的控制来实现。在该暖机运转中，在实际水温上升至适合于EGR冷却器1中的热交换的值之后，开放第1阀部V1。在该第1供给模式M1下，随着实际水温的上升而扩大第1阀部V1的开度，从而实现供给至第1流路F1的冷却水的流量的增大。

[0054] 接着，实际水温进一步上升，在第1阀部V1的开度超过100％后(实际水温达到特定值以上后)，开放第2阀部V2。在该第2供给模式M2下，随着实际水温的上升扩大第2阀部V2的开度从而实现供给至第2流路F2的冷却水的流量的增大。

[0055] 然后，实际水温进一步上升，由于实际水温超过特定值而切换为第3供给模式M3，第3阀部V3开始开放。在像这样向散热器3供给冷却水的情况下，驱动风扇电动机7M而向散热器3供给冷却风。此外，在车速足够且散热器3受到足够的冷却风的情况、或在水温足够低的情况下，不驱动风扇电动机7M。

[0056] 特别是在第3供给模式M3下，为了不导致波动并得到合适的流量而开始进行如图6所示的前馈控制FF。为了实现该前馈控制FF，如上所述，作为发动机热量而取得每单位时间的第1热量Q1的值，作为EGR冷却器热量而取得每单位时间的第2热量Q2的值，取得每单位时间的第3热量Q3’的值，作为发动机组热量而取得每单位时间的第4热量Q4的值，和作为油热量而取得每单位时间的第5热量Q5的值。

[0057] 在第1热量Q1、第2热量Q2、第4热量Q4和第5热量Q5中，对向冷却水提供热量者标记正(+)的符号，对从冷却水吸收热量者标记负(-)的符号。此外，在为了变化为目标温度而散热时对第3热量Q3标记正(+)的符号，在为了变化为目标温度而受热时对第3热量Q3标记负(-)的符号。进而，在目标散热量设定部13中，由这些的热量值的总和(Q1、Q2、Q3’、Q4和Q5的总和)求得应该释放的目标散热量(步骤#04、#05)。

[0058] 例如，在对油门踏板进行踩下操作、发动机E的转速以及作用于发动机E的载荷增大、EGR率上升的情况下，发动机E中的燃料的消耗量增大，随着该增大，在发动机E中产生的热量也增大，且被提供至(储存于)冷却水的第1热量Q也增大。此外，由于对EGR冷却器1供给发动机E的废气的一部分，因此在发动机E的转速以及作用于发动机E的载荷增大的情况下，在EGR冷却器1中向冷却水提供的第2热量Q2也增大。

[0059] 也就是说，在EGR冷却器1中向冷却水提供的第2热量Q2与第1热量Q1成比例关系，因此可通过将作为EGR率而事先设定的系数乘以第1热量Q1的运算来求得。该第1热量Q1和第2热量Q2基于节流阀传感器21的检测结果而取得。

[0060] 例如，当发动机E的温度上升，从油冷却器2向冷却水提供热量时(润滑油温上升至高于实际水温时)，第5热量Q5形成与润滑油的润滑油温、被供给至油冷却器2的润滑油量、冷却水的水温和冷却水的水量相对应的关系。因此，由油泵6的排出压力得到供给至油冷却器2的润滑油的油量，通过油温传感器24检测润滑油的温度，并通过使用了它们的运算而得到第5热量Q5。

[0061] 此外，第4热量Q4由如上所述的运算和列表数据求得。

[0062] 每单位时间的第3热量Q3’为通过将第3热量Q3除以目标响应时间T而求得的每单位时间的冷却水热量。

[0063] 通过这样取得的第1热量Q1、第2热量Q2、每单位时间的第3热量Q3’、第4热量Q4和第5热量Q5的总和而求出的热量为应该释放的热量。目标散热量设定部13将通过运算求出的总热量设定为目标散热量，开度设定部14设定向散热器3供给的冷却水的流量，开度设定部14设定流量控制阀V的第3阀部V3的目标开度，并基于该设定而设定流量控制阀V的第3阀部V3的开度，从而控制流量控制阀V(步骤#06、#07)。

[0064] 如上所述，使用发动机E驱动水泵WP，因此排出量根据发动机E的转速(每单位时间的转速)而发生变动。此外，由散热器3交换的热量会受到作为散热器模型而说明的外部气温、冷却水温、被供给至散热器3的风量、散热器3中的放热效率等的影响。

[0065] 因此，在使用开度设定部14控制流量控制阀V的开度的情况下，基于散热器模型来设定目标开度，上述散热器模型考虑了由外部气温传感器23检测的外部气温、由风量推定部16推定的对散热器3的冷却风的风量、由水泵WP供给的冷却水的水量和目标水温。

[0066] 此外，将散热器模型的概念的一个例子表示于图7。虽然“散热器的散热量”由“风量”、“流量”和“水温与外部气温之差”的三维图决定，但其中“散热器的散热量”与“水温与外部气温之差”成比例关系。也就是说，通过标准化为“每1℃的水温与外部气温之差”，“每1℃的水温与外部气温之差的散热器的散热量”可由“风量”和“流量”决定。因而，作为控制对象的“流量”可使用由受热放热的关系求出的“每1℃的水温与外部气温之差的散热器的散热量”和“风量”的二维图求得。此外，在图7中，将纵轴(Y轴)设为ΔT(目标水温-外部气温)＝每1℃的散热量，将横轴(X轴)设为风量。目标散热量Ex为ΔT＝每1℃的目标散热量，并由Ex＝(Q1+Q2+Q3’+Q4+Q5)/(目标水温-外部气温)的式子求得。

[0067] 风量推定部16通过车辆的行驶速度、风扇电动机7M的驱动速度来推定车辆行驶时的风量Fx和停车时的风量时的风量Fx。目标散热量设定部13基于外部气温、目标水温、所需散热量来设定目标散热量Ex。

[0068] 作为像这样设定目标开度的运算为基于风量Fx和目标散热量Ex来进行运算。并且，作为设定目标开度的方法，也可考虑参照事先求出流量控制阀V相对多个目标流量的开度的列表数据。

[0069] 然后，如图6所示，实行前馈控制FF，在从该实行开始经过了目标响应时间T的时刻，切换为在实行前馈控制FF的同时进行反馈控制FB的控制(同时进行2种控制的控制)(步骤#08、#09)。

[0070] 假定上述反馈控制FB为在实行前馈控制FF的控制中生成用于校正流量控制阀V的开度的校正系数等并使其反映于阀控制。此外，即使在同时实行前馈控制FF和反馈控制FB的状况下，例如，在目标水温发生了变化的情况下，会转换为只进行前馈控制FF的控制。

[0071] 也就是说，如图6所示，从实行开始到经过目标响应时间T为止实行前馈控制FF，在经过了目标响应时间T的情况下，同时进行前馈控制FF和反馈控制FB(在该附图中用FF+FB表示的区域)。通过实行该控制，由图中作为FF成分而表示的前馈控制FF设定的开度、和由图中作为FB成分而表示的反馈控制FB设定的开度的合计值被设定为流量控制阀V的开度。

[0072] 进而，在目标水温发生变化的情况下，再次实行前馈控制FF，并且，在从该前馈控制FF的再实行开始经过了目标响应时间T之后，与上述同样地转换为同时实行前馈控制FF和反馈控制FB的控制，从而将由作为FF成分而表示的前馈控制FF设定的开度、和由作为FB成分而表示的反馈控制FB设定的阀开度的合计值设定为流量控制阀V的开度。

[0073] 反复进行该控制直至复位(基本上为发动机E停止)(步骤#010)。

[0074] 由图6可显而易见地理解到，通过同时实行反馈控制FB，实际水温收敛于目标水温。

[0075] [实施方式的作用/效果]在像这样向散热器3供给冷却水而进行发动机E的温度管理的情况下，通过由节流阀传感器21求出作用于发动机E的载荷，可求出随着发动机E的运转而产生的第1热量Q1和从EGR冷却器1向冷却水提供的第2热量Q2，因此能够比较容易地取得这些热量。

[0076] 此外，第3热量Q3可从现在的水温(实际水温)、作为常数而设定的冷却水的总水量、冷却水的比热和目标水温取得。

[0077] 进而，从发动机E释放的第4热量Q4也可以基于以外部气温为基础的实测值而容易地变量化。第5热量Q5可由润滑油温、流至油冷却器2的润滑油量、实际水温和冷却水量求得。

[0078] 由此，求出这些第1热量Q1、第2热量Q2、每单位时间的第3热量Q3’、第4热量Q4和第5热量Q5，只要求出它们的总和，就能够实现设定应该释放的热量并设定流量控制阀V的开度的前馈控制FF。

[0079] 此外，在该前馈控制FF中，从冷却水释放目标热量，水温的偏差减小。然而，由于是基于热量的控制，因此也有控制难以收敛的一面。因此，在从前馈控制FF的实行开始经过了目标响应时间T的时刻，继续实行前馈控制FF，并且，基于冷却水水温的偏差的缩小，通过基于水温传感器S的检测结果的反馈控制FB来校正流量控制阀V的目标开度，从而进行在冷却水的变动幅度内的温度控制，由此也可使固定偏差成分收敛，提高温度控制的精度，而不会导致波动。

[0080] 此外，为了进行发动机E的温度管理，虽然也考虑通过使用由电动机驱动的水泵来高精度地控制冷却水的供给量，但如本结构所示，在通过设定流量控制阀V的开度来设定冷却水的流量的结构中，可使用由发动机E驱动的水泵WP而实现低廉化。

[0081] [其它实施方式]除上述实施方式以外，本发明也可以如以下方式构成(对与上述实施方式具有相同功能的部分标注与上述实施方式相同的编号、符号)。

[0082] (a)在实施方式中，虽然并列形成第1流路F1、第2流路F2和第3流路F3，但也可为一部分为直列配置的结构。此外，也可形成其他的流路F，并设置例如像加热器芯这样的热交换器。在像这样设置了加热器芯的情况下，只要设定热量取得部12的控制方式，使得通过在加热器芯中进行热交换而从冷却水吸收的热量被从实施方式中说明的总热量中减去，则可通过基本与实施方式共通的控制来实现温度管理。

[0083] (b)在实施方式中，虽然作为流量控制阀V为具备了第1阀部V1、第2阀部V2和第3阀部V3的结构，但在本发明中，只要能够控制向散热器3供给的冷却水的水量即可，因此也可使用仅能够控制第1流路F1的冷却水的流量的结构。

[0084] (c)第1热交换器也可为涡轮增压器，第2热交换器也可为ATF冷却器或加热器，外部气温传感器也可使用进气温传感器。产业上的可利用性

[0085] 本发明能够应用于使用冷却液进行内燃机的温度管理的冷却控制装置。符号说明

[0086]1  第1热交换器(EGR冷却器)
2  第2热交换器(油冷却器)
3  散热器
10 控制部(控制单元)
12 热量取得部
13 目标散热量设定部
14 开度设定部
15 开度校正部
E  内燃机(发动机)
F  流路(第1流路)
V  流量控制阀
WP 冷却液泵(水泵)
Q1 第1热量
Q2 第2热量
Q3 第3热量
Q4 第4热量
Q5 第5热量