内燃机的冷却装置的制作方法

本发明涉及内燃机的冷却装置。

背景技术：

例如在专利文献1(日本特开平10-131753号公报)中公开了如下冷却装置，该冷却装置具备：制冷剂回路，其供通过发动机和散热器双方的制冷剂流动；旁通流路，其在该制冷剂回路的中途绕过该散热器；以及流量控制阀，其设置于该旁通流路。在该装置中，该流量控制阀由阀壳体和以能够旋转动作的方式设置于该阀壳体内的回转式的转子构成。通过使该转子旋转，能够控制制冷剂回路和旁通流路的开闭状态。

另外，在专利文献2(日本特开2013-234605号公报)中，公开了通过电子控制阀使经过了发动机的主体的制冷剂经由3个制冷剂回路而返回发动机的发动机冷却系统。具体而言，该系统具备设置有散热器的第1制冷剂回路、设置有加热器的第2制冷剂回路以及设置有油冷却器的第3制冷剂回路，电子控制阀具备对各制冷剂回路进行开闭的3个分支阀。在该系统中，各分支阀的开度被独立地控制，所以能够单独地控制在各制冷剂回路中流动的制冷剂的流量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-131753号公报

专利文献2：日本特开2013-234605号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

另外，在用上述专利文献1的流量控制阀构成上述专利文献2的电子控制阀的情况下，能够节约控制阀的设置空间。另外，在上述电子控制阀的设置部位设置有上述流量控制阀的情况下，能够通过上述转子的旋转来控制各制冷剂回路的开闭状态。因此，例如在发动机的启动时打开上述第3制冷剂回路而使制冷剂向油冷却器流动，由此，能够使油温度上升而使燃料经济性提高。另外，例如也可以在加热器要求时打开上述第2制冷剂回路而使制冷剂通过加热器，使车内空气温度上升。

然而，在使上述转子旋转而切换多个制冷剂回路的开闭状态的情况下，在上述转子的构造上，存在介入有制冷剂向内燃机的循环因所有的制冷剂回路关闭而停止的止水期间。若在该止水期间中内燃机的发热量升高，则有可能制冷剂不被冷却而沸腾。

本发明是鉴于上述那样的问题而完成的发明，其目的在于提供如下内燃机的冷却装置，即在通过具备转子的控制阀来控制多个制冷剂回路的开闭状态的内燃机中，能够避免与所有的制冷剂回路的关闭相伴的制冷剂的沸腾。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，第1技术方案涉及内燃机的冷却装置，其特征在于，具备：

第1制冷剂回路，其用于使通过了内燃机的主体的制冷剂在第1热交换器中流通后返回所述主体；

第2制冷剂回路，其用于使通过了所述主体的制冷剂在第2热交换器中流通后返回所述主体；

控制阀，其是所述第1制冷剂回路以及所述第2制冷剂回路共用的控制阀，在该控制阀的内部具备旋转自如的转子，所述控制阀构成为所述第1制冷剂回路以及所述第2制冷剂回路的开闭状态分别与所述转子的自基准位置起的旋转角度对应地变化，在所述转子的旋转范围包括所述第1制冷剂回路以及所述第2制冷剂回路均关闭的止水区间；以及

控制装置，其构成为，根据对所述内燃机的要求来控制所述控制阀的动作，并且在所述控制阀进行动作时所述转子经由所述止水区间旋转的情况下，对所述转子的旋转角度处于所述止水区间的期间的所述内燃机的输出进行限制。

第2技术方案是在第1技术方案的基础上，其特征在于，

所述第2热交换器包括空调装置的加热芯，

所述控制阀构成为，在使所述转子从与所述第2制冷剂回路打开着的第1模式对应的旋转角度起动作而使其到达与所述第1制冷剂回路打开且所述第2制冷剂回路关闭着的第2模式对应的旋转角度的情况下，其间存在与所述止水区间对应的旋转角度，

所述控制装置构成为，在存在使制冷剂流通于所述加热芯的要求的情况下使所述转子动作而使其到达与所述第1模式对应的旋转角度，在不存在使制冷剂流通于所述加热芯的要求的情况下使所述转子动作而使其到达与所述第2模式对应的旋转角度。

第3技术方案是在第1或第2技术方案的基础上，其特征在于，

所述内燃机具备自动变速器和被所述内燃机的旋转力驱动的机械式的水泵，

所述控制装置构成为，在对所述转子的旋转角度处于所述止水区间的期间的所述内燃机的输出进行限制的情况下，限制所述自动变速器向减速侧的变速。

第4技术方案是在第1至第3中任一个技术方案的基础上，其特征在于，

所述控制装置构成为，控制所述内燃机的内燃机旋转速度以及内燃机负荷，以使所述转子的旋转角度处于所述止水区间的期间的所述内燃机的输出不超过预定值。

发明效果

根据第1技术方案，控制阀具备旋转自如的转子，构成为第1制冷剂回路以及第2制冷剂回路的开闭状态分别与该转子的旋转角度对应地变化。并且，在控制阀进行动作时转子经由第1制冷剂回路以及第2制冷剂回路均关闭的止水区间旋转的情况下，限制在该止水区间的内燃机的输出。因此，根据本发明，能够避免与所有的制冷剂回路关闭相伴的制冷剂的沸腾。

根据第2技术方案，在接受到使制冷剂流通于加热芯的要求的有无的变更而使控制阀的转子动作的过程中其间存在与止水区间对应的旋转角度。根据本发明，限制了这样的止水区间中的内燃机的输出，所以即使在频繁变更空调装置的动作的情况下，也能够有效地避免制冷剂的沸腾。

根据第3技术方案，限制了转子的旋转角度处于该止水区间的期间的自动变速器向减速侧的变速。因此，根据本发明，能够抑制止水区间的期间的内燃机的旋转速度的上升，所以能够抑制由机械式的水泵的旋转上升引起的制冷剂回路以及控制阀的高压化。

根据第4技术方案，在限制内燃机的输出的情况下，以内燃机的输出不超过预定值的方式限制内燃机旋转速度以及内燃机负荷。因此，根据本发明，能够抑制内燃机的发热，所以能够有效避免制冷剂的沸腾。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式1的冷却装置的结构的图。

图2是示出多功能阀的转子的动作计划的图。

图3是在本发明的实施方式1的冷却装置中所执行的例程的流程图。

图4是用于对本发明的实施方式1的冷却装置的变形例进行说明的图。

图5是用于对本发明的实施方式1的冷却装置的另一变形例进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，在以下所示的实施方式中言及各要素的个数、数量、量、范围等数目的情况下，除了特意明示的情况和原理上可明确地确定为是该数目的情况之外，本发明不限定于该言及的数目。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造、步骤等，除了特意明示的情况、原理上可明确地特定于此的情况之外，对于本发明而言并非是必需的。

实施方式1.

参照附图对本发明的实施方式1进行说明。

[实施方式1的结构]

图1是用于说明本发明的实施方式1的冷却装置的结构的图。如图1所示，本实施方式的冷却装置具备搭载于车辆的作为内燃机的发动机10。在发动机10的主体(汽缸体和/或汽缸盖)设置有水套34。在该水套34中流动的制冷剂(发动机冷却水)与发动机10之间进行热交换。

在水套34中流动的制冷剂被从机械式的水泵12供给。水泵12具备通过旋转来输送制冷剂的叶轮(未图示)，成为被发动机10的旋转力驱动该叶轮旋转的结构。

水套34的入口部和水泵12的排出口(未图示)通过供给流路14而连接。水套34的出口部连接有返回流路16。返回流路16在中途分支成3个流路16a～16c。分支流路16a～16c独立地连接于水泵12的吸入口(未图示)。即，本实施方式的冷却装置具备供给流路14、水套34以及返回流路16共用、且分支流路16a～16c独立的3个制冷剂循环流路。

第1循环流路是使制冷剂通过设置于分支流路16a的散热器20的流路，由供给流路14、返回流路16以及分支流路16a构成。在使制冷剂通过散热器20时，在外气与制冷剂之间进行热交换。第2循环流路是使制冷剂通过设置于分支流路16b的器件22的流路，由供给流路14、返回流路16以及分支流路16b构成。器件22包括油冷却器、EGR冷却器、ATF(自动变速器油)加温器等热交换器。在使制冷剂通过器件22时，在器件22中流动的流体(油，EGR气体等)与制冷剂之间进行热交换。而且，第3循环流路是使制冷剂通过设置于分支流路16c的作为车内空调用的热交换器的加热芯24的流路，由供给流路14、返回流路16以及分支流路16c构成。在使制冷剂通过加热芯24时，在车内制暖用空气与制冷剂之间进行热交换。

在第1～第3循环流路所分支的部分、即返回流路16向分支流路16a～16c分支的部分，设置有作为第1～第3循环流路所共用的回转阀而构成的多功能阀18。多功能阀18具备：阀体，其具有排出口18a～18c以及流入口18d；转子，其以旋转轴为中心而旋转自如地收纳于阀体内；以及使转子旋转的马达(均未图示)。在通过马达使转子旋转时，各排出口与流入口18d之间的开口面积变化，各排出口与流入口18d的连通状态变化。即，各分支流路的开口面积变化从而各分支流路的开度变化。根据多功能阀18，能够控制向各分支流路流动的制冷剂的流量、向各分支流路的热交换器的热量的分配、在冷却装置内循环的制冷剂的温度。

本实施方式的冷却装置还具备作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)40。ECU40至少具备输入输出接口、存储器以及CPU。输入输出接口为了从各种传感器取入传感器信号并且对致动器输出操作信号而设置。ECU40取入信号的传感器包括用于检测发动机10的旋转速度的曲轴角传感器28、用于检测加速器开度的加速器开度传感器30、切换作为车内空调的加热器(空调装置)的接通/断开的开关32等。ECU40发出操作信号的致动器包括上述的水泵12的马达、多功能阀18的马达。在存储器中，存储有用于决定后述的动作计划的控制程序、各种映射等。CPU从存储器读取并执行控制程序等，基于取入的传感器信号来生成操作信号。

[实施方式1的动作]

如上述那样，根据多功能阀18，能够使制冷剂经过器件22而在该制冷剂与流经器件22的流体之间进行热交换，因此能够冷却发动机油和/或EGR气体而提高燃料经济性。另外，能够使制冷剂经过加热芯24而在该制冷剂与车内制暖用空气之间进行热交换，所以能够对车内空气进行加温或者调节冷气机使用时的车内温度。从这样的观点出发，本发明者研究了如下内容，即为了实现燃料经济性与空调性能的兼顾，基于与多功能阀18的转子自基准位置起的旋转角度(以下，称作“转子的旋转角度”)相关联而制定的该转子的动作计划，来对各分支流路的开闭状态进行控制。关于该动作计划，参照图2进行说明。

图2是示出多功能阀18的转子的动作计划的图。图2的横轴表示转子的旋转角度，纵轴表示各分支流路的开度的变化。该动作计划由在存在使制冷剂通过加热芯24的要求(以下，称作“加热器要求”)的情况下使用的通常模式和在不存在加热器要求的情况下使用的加热器切断模式构成。通常模式和加热器切断模式隔有所有的分支流路关闭进而向所有的分支流路流动的制冷剂的流量成为零的区域(区域d)。此外，在以下的说明中，将转子的旋转范围中旋转角度处于区域d的区间(即制冷剂向发动机10的循环停止的区间)称作“止水区间”，将转子的旋转角度处于止水区间的期间称作“止水期间”。

在通常模式下，最优先进行向加热芯24通入制冷剂。在图2中，若使转子从区域d沿着朝右行进的方向旋转，则转子的旋转角度移至区域d的旁边的区域(区域c)。在区域c中，分支流路16c开始打开，制冷剂开始通过加热芯24。若自此进一步使转子旋转，则分支流路16c完全打开，转子的旋转角度移至区域c的旁边的区域(区域b)。在区域b中，分支流路16b开始打开，制冷剂开始通过器件22。若自此进一步使转子旋转，则分支流路16b完全打开，转子的旋转角度移至区域b的旁边的区域(区域a)。在区域a中，分支流路16a开始打开，制冷剂开始通过散热器20。若自此进一步使转子旋转，则分支流路16a完全打开。此外，分支流路16a完全打开的转子的旋转角度的位置相当于转子的旋转极限(Rotation limit)，将该旋转极限设为上述的基准位置而制定动作计划。

在加热器切断模式下，不向加热芯24通入制冷剂，与散热器20相比，优先向器件22通入制冷剂。在图2中，若使转子从区域d沿着朝左行进的方向旋转，则会移至区域d的旁边的区域(区域e)。在区域e中，分支流路16b开始打开，制冷剂开始通过器件22。若自此进一步使转子旋转，则分支流路16b完全打开，转子的旋转角度移至区域e的旁边的区域(区域f)。在区域f中，仅分支流路16b打开，制冷剂仅通过器件22。若自此进一步使转子旋转，则转子的旋转角度移至区域f的旁边的区域(区域g)。在区域g中，分支流路16a开始打开，制冷剂开始通过散热器20。若自此进一步使转子旋转，则分支流路16a完全打开。

根据图2所示的动作计划，能够实现燃料经济性和空调性能的兼顾。然而，知晓了在使用了该动作计划的情况下，在进行了模式的切换时会存在以下这样的问题。即，在驾驶员将开关32操作为接通的情况下，发出加热器要求而将模式从加热器切断模式向通常模式切换。例如，若在转子的旋转角度处于区域e时产生加热器要求，则使转子旋转而使转子的旋转角度移至区域c。另外，在驾驶员将开关32从接通操作成了断开的情况下，结束加热器要求而将模式从通常模式向加热器切断模式切换。例如，若在转子的旋转角度处于区域c时加热器要求结束，则使转子旋转而使转子的旋转角度移至区域e。

在此，由于使转子的旋转角度从区域e向区域c或从区域c向区域e转换，所以必须经由区域d即止水区间。因为区域e与区域c之间的转换在短时间内完成，所以通过区域d即止水期间也很短。然而，若在止水期间中发动机负荷和/或发动机旋转速度上升，来自发动机10的发热量增大，则有可能制冷剂会因从发动机10受热而沸腾。

于是，在本实施方式中，在使转子动作而到达预定的旋转角度的过程中使转子经由区域d即止水区间旋转的情况下，执行对转子的旋转角度处于该止水区间的期间的发动机10的输出进行限制的输出限制控制。更详细而言，在本实施方式的冷却装置中，在发出了切换通常模式和加热器切断模式的要求(以下，称作“模式切换要求”)的情况下，根据基于上述动作计划而得出的转子的旋转动作来变更各分支流路16a～16c的开度。并且，因为在该变更的过程中，其间存在转子的旋转角度通过区域d即止水区间的止水期间，所以执行对该止水期间中的发动机10的输出进行限制的输出限制控制。发动机10的输出是使发动机旋转速度乘以转矩而得出的值，与来自发动机10的发热量存在相关。因此，若进行限制发动机10的输出的输出限制控制，则能够抑制发动机10的发热量而抑制制冷剂的沸腾。

在输出限制控制中，更详细而言，监视基于曲轴角传感器28、加速器开度传感器30的检测信号而算出的发动机旋转速度以及发动机负荷的值，限制发动机负荷以及发动机旋转速度，以使得根据这些值算出的发动机10的输出不超过预定值。此外，预定值使用作为会引起制冷剂的沸腾的发动机10的输出的阈值而预先设定的值。另外，发动机10的输出限制可考虑进行节气门的开度限制、燃料削减或点火正时的延迟等各种控制，但此处优选限制节气门的开度的控制。这是因为，与通过燃料削减进行的输出的限制相比，限制节气门的开度的控制带给驾驶员的违和感较小。

此外，上述发动机10的输出限制控制对于抑制制冷剂的沸腾是有效的，但是在具备自动变速器(未图示)的发动机10中，在向减速侧进行变速时有可能会产生不良情况。即，若进行自动变速器向减速侧的变速而发动机旋转速度上升，则与此相应地水泵12的旋转速度上升。因此，若在转子的旋转角度属于区域d即止水期间进行自动变速器向减速侧的变速，则多功能阀18和/或水套34的内部有可能成为高压。

于是，在发动机10的输出限制控制中，期望的是，除了上述的发动机旋转速度以及发动机负荷的限制之外，还一并限制自动变速器向减速侧的变速。由此，能够抑制制冷剂的沸腾，同时抑制多功能阀18和/或发动机10的主体的高压化。

[实施方式1的具体处理]

图3是在实施方式1的冷却装置中执行的例程的流程图。ECU40以与ECU的时钟数对应的预定的控制周期反复执行由这样的流程表示的例程。

在图3所示的例程中，首先，判定是否处于模式切换执行期间(步骤S10)。此处，具体而言，判定是否属于在从由开关32的切换操作发出模式切换要求之后转子到达目标的旋转角度为止的期间。其结果，在判定为不处于模式切换执行期间的情况下，移至下一步骤，设为无发动机10的输出限制(步骤S12)。

另一方面，在上述步骤S10中判定为处于模式切换执行期间的情况下，移至下一步骤，判定转子是否已经通过了止水区间(区域d)(步骤S14)。其结果，在判定为转子还没有通过止水区间的情况下，移至下一步骤，实施发动机10的输出限制以及降档限制(步骤S16)。此处，具体而言，限制节气门的开度以使发动机10的输出不超过预定值，并且限制自动变速器向减速方向变速。

另一方面，在上述步骤S14中判定为转子通过了止水区间的情况下，移至下一步骤，设为无发动机10的输出限制(步骤S18)。

这样，根据图3所示的例程的处理，在模式的切换执行期间，在转子进行动作而到达止水区间的止水期间实施发动机10的输出限制，所以能够避免制冷剂沸腾。另外，根据图3所示的例程的处理，在模式的切换执行期间的止水期间中，实施自动变速器的降档限制，所以能够避免多功能阀18和/或水套34的内部成为高压。

另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，对具备机械式的水泵12的结构进行了说明，但也可以使用由马达的旋转力驱动叶轮旋转的电动式的水泵。不过，在使用电动式的水泵的情况下，发动机10的旋转速度和水泵的旋转速度没有联动，所以无需实施上述自动变速器的降档限制。

另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，对具备能够分别对发动机冷却水向散热器20、器件22以及加热芯24的流通进行调整的多功能阀18的结构进行了说明。然而，能够适用本发明的多功能阀的结构不限于此，只要是在转子的动作计划中包含止水区间的多功能阀中，在根据要求使转子动作的过程中转子会经由止水区间的结构即可，向分支流路连接的端口的数量和/或转子的动作计划没有限定。另外，散热器20、器件22以及加热芯24的结构也不限于此，也可以是应用在与通过了发动机10的制冷剂之间进行热交换的其他热交换器的结构。

另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，在返回流路16的下游分支为分支流路16a～16c，在该分支部设置了多功能阀18。然而，能够应用本发明的冷却装置不限于此，例如也可以应用于图4或图5所示的冷却装置的结构。图4是用于对实施方式1的冷却装置的变形例进行说明的图。在图4的冷却装置中，在供给流路14的下游分支有分支流路16a～16c。分支流路16a～16c独立地与水套34的入口部连接。另外，多功能阀18设置于供给流路14向分支流路16a～16c分支的部分。在这样的系统中，也能够基于图2所示的动作计划，来控制各分支流路的开闭状态。

另外，图5是用于对实施方式1的冷却装置的另一变形例进行说明的图。在图5的冷却装置中，分支流路16a～16c独立地与水套34的出口部连接。分支流路16a～16c在中途合流成1个返回流路16后，与水泵12的吸入口连接。另外，多功能阀18设置于分支流路16a～16c合流成返回流路16的部分。即，图5所示的多功能阀18中，口18a～18c作为流入口发挥功能，口18d作为排出口发挥功能。在这样的系统中，也能够基于图2所示的动作计划，来控制各分支流路的开闭状态。

另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，作为输出限制控制，设置成了限制节气门的开度，但也可以应用燃料削减和/或点火正时的延迟等用于限制发动机10的输出的其他公知的控制。

另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，作为输出限制控制，设置成了限制节气门的开度以使发动机输出不超过预定值，并且限制自动变速器向减速侧的变速，但限制自动变速器向减速侧的变速并非是必须进行的。

此外，在上述的实施方式1的冷却装置中，散热器20或器件22相当于第1技术方案的“第1热交换器”，加热芯24相当于第1技术方案的“第2热交换器”，第1或第2循环流路相当于第1技术方案的“第1制冷剂回路”，第3循环流路相当于第1技术方案的“第2制冷剂回路”，多功能阀18相当于第1技术方案的“控制阀”，ECU40相当于第1技术方案的“控制装置”。另外，在上述的实施方式1的冷却装置中，通常模式相当于第2技术方案的“第1模式”，加热器切断模式相当于第2技术方案的“第2模式”。

附图标记说明

10 内燃机(发动机)

12 水泵

14 供给流路

16 返回流路

16a～16c 分支流路

20 散热器

22 器件

24 加热芯

28 曲轴角传感器

30 加速器开度传感器

32 开关

34 水套

40 ECU(Electronic Control Unit)