JP6264443B2 - 冷却システム制御装置及び冷却システム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の冷却システムの制御に関する。

ＪＰ２００８−２７４８８５Ａには、内燃機関を通過した冷却水が内部を流れ、排気ガスの熱を冷却水に回収する排熱回収器を排気通路に備える構成が開示されている。また、ＪＰ２００８−２７４８８５Ａには、冷却システムを循環する冷却水流量として、内燃機関内での沸騰の防止に必要な冷却水流量、又は排熱回収器内での沸騰の防止に必要な冷却水流量の大きい方を選択する制御が開示されている。

一方、ＪＰ２００７−２１８１１５Ａには、内燃機関の始動時に冷却水流量を制限する制御（ゼロフロー制御）を実行し、機関出口の冷却水温度がサーモスタット開弁温度に到達したら冷却水流量の制限を解除する制御が開示されている。ＪＰ２００７−２１８１１５Ａに記載の制御によれば、機関始動時には内燃機関内を流れる冷却水流量が制限されて内燃機関から冷却水へ逃げる熱量が制限されるので、内燃機関が暖機状態になるまでの時間（暖機時間）を短縮できる。さらに、サーモスタット開弁温度に到達したら冷却水流量の制限を解除するので、冷却水が沸騰することを防止できる。

ところで、ＪＰ２００８−２７４８８５Ａには、冷機始動時に暖機時間を短縮するための制御について記載されていない。一方、ＪＰ２００７−２１８１１５Ａに記載の制御は、排気通路中に排熱回収器を備える構成について考慮されていない。

すなわち、排熱回収器を備える構成について、冷却水の沸騰を防止しつつ暖機時間を短縮するための制御については、いずれの文献にも開示されていない。また、仮にＪＰ２００８−２７４８８５Ａに記載の構成に対して、ＪＰ２００７−２１８１１５Ａに記載の制御を適用したとしても、冷却水流量の制限を解除する前に排熱回収器内で冷却水が沸騰してしまうおそれがある。

そこで本発明では、排気通路中に排熱回収器を備える構成について、冷機始動後の暖機時間を短縮しつつ、内燃機関内及び排熱回収器内での冷却水の沸騰を防止し得る冷却システム制御装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、内燃機関の内部に設けた機関内冷却水通路に冷却水を供給する冷却水ポンプと、機関内冷却水通路を通過した冷却水から外気への放熱を行ない冷却水の温度を低下させる放熱器と、内燃機関の排気ガスから冷却水への熱交換を行なう排熱回収器と、を少なくとも含んで構成される冷却システムを制御する冷却システム制御装置が提供される。冷却システム制御装置は、機関内冷却水通路と放熱器とを連結する冷却水通路を備える。また、冷却システム制御装置は、機関内冷却水通路の出口と放熱器の入口との間で冷却水通路から分岐して放熱器の出口と機関内冷却水通路の入口との間で冷却水通路に合流するとともに、排熱回収器が配置される排熱回収用冷却水通路と、冷却水通路の排熱回収用冷却水通路との分岐点に配置され、冷却水通路及び排熱回収用冷却水通路から冷却水を流す通路を選択し得る通路コントロールバルブを備える。さらに冷却システム制御装置は、冷却システムを流れる冷却水流量を調整する冷却水流量調整手段と、機関内冷却水通路の出口と通路コントロールバルブとの間で冷却水通路から分岐し、通路コントロールバルブを迂回する他の冷却水通路と、を備える。冷却水流量調整手段は、通路コントロールバルブにより冷却水を流す通路を選択することにより冷却システムを流れる冷却水流量を調整し、内燃機関の冷機始動時に冷却水流量を制限し、機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が機関側目標値に到達するか、排熱回収器内部の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が流量制限用閾値に到達するか、の少なくともいずれか一方が成立したら冷却水流量の制限を解除する。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却システムの概略構成図である。 図２は、ウォータポンプの一例を示す図である。 図３は、ウォータポンプの他の例を示す図である。 図４は、通路コントロールバルブの一例を示す図である。 図５は、通路コントロールバルブの他の例を示す図である。 図６は、排熱回収器の構成を説明する為の図である。 図７は、ゼロフロー制御の維持・解除を判断するためのフローチャートである。 図８は、暖房要求の有無を判定するためのフローチャートである。 図９は、冷却水が止まっている状態で排熱回収器内の水温を推定するためのブロック図である。 図１０は、冷却システムの他の例の概略構成図である。 図１１は、冷却水が流れている状態で排熱回収器内の水温を推定するためのブロック図である。 図１２は、冷却システムのさらに他の例の概略構成図である。 図１３は、冷却水温と単位時間当たりの気泡発生量との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却システム１００の概略構成図である。冷却システム１００は、内燃機関１の内部に設けた冷却水通路の出口（以下、内燃機関１の出口ともいう。）とラジエータ９の入口、及びラジエータ９の出口と内燃機関１の内部に設けた冷却水通路の入口（以下、内燃機関１の入口ともいう。）が冷却水通路１１で連結されている。ラジエータ９の出口と内燃機関１の入口との間にはウォータポンプ（冷却水ポンプ）３が介装されている。なお、ラジエータ（放熱器）９は、公知のラジエータと同様にリザーブタンク１０を備える。

冷却水通路１１の内燃機関１の出口側には、冷却水の温度（以下、冷却水温ともいう）を検出するための水温センサ（機関側条件取得手段）１３が配置されている。水温センサ１３で検出した冷却水温は排熱回収器内部条件取得手段としてのコントローラ（ＥＣＭ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２に読み込まれる。なお、水温センサ１３は、公知の車両において、内燃機関の制御に必要な冷却水温を検出するために取り付けられているものと同じものであって、本実施形態のために新たに取り付けたものではない。また、水温センサ１３で検出した内燃機関１の出口側の水温を、内燃機関１の内部に設けた冷却水通路内の水温とみなす。

そして、ウォータポンプ３により内燃機関１に冷却水を供給し、内燃機関１内の冷却水通路を通過して内燃機関１から出た冷却水をラジエータ９で冷却し、再びウォータポンプ３により内燃機関１に供給する、というサイクルを繰り返すものである。

ここで、ウォータポンプ３について説明する。ウォータポンプ３は、冷却水通路１１の冷却水流量を可変に調整し得るものであればよい。

図２は本実施形態に使用可能なウォータポンプ３の模式図である。図中の矢印は冷却水の流れを示している。ウォータポンプ３は、ハウジング３Ａにインペラ４３が回転可能に収められたものであり、インペラ４３の回転軸４３Ａにはクラッチ付きのポンププーリ（冷却水流量調整手段）４１が固定支持されている。ポンププーリ４１と内燃機関１のクランクシャフト１Ａに固定支持されたエンジンプーリ４０とには、ベルト４２が掛け回されている。上記構成によれば、内燃機関１が運転しており、ポンププーリ４１のクラッチが締結されていれば、内燃機関１の駆動力によってインペラ４３が回転する。これにより、ウォータポンプ３は冷却水を内燃機関１に供給することができる。また、クラッチを解放すると、インペラ４３が停止して内燃機関１への冷却水の供給も停止し、クラッチを間欠的に断接することで、内燃機関１への冷却水の供給量を調整することもできる。

図３は、本実施形態に使用可能なウォータポンプ３の他の例を示す模式図である。図中の矢印は冷却水の流れを示している。図３のウォータポンプ３は、インペラ４３が回転することで冷却水を内燃機関１に供給する点は図２の構成と同様であるが、インペラ４３が電動モータ（冷却水流量調整手段）５０により駆動される点が異なる。図３のウォータポンプ３は、電動モータ５０の回転速度を制御することで、冷却水流量を調整することができる。

図１の説明に戻る。冷却水通路１１は、内燃機関１の出口からラジエータ９の入口までの間で、ヒータ５及び排熱回収器（図中のＥＨＲＳ）６が介装された冷却水通路１１Ａと、内燃機関用オイルクーラ７が介装された冷却水通路１１Ｂと、変速機用オイルクーラ８が介装された冷却水通路１１Ｃと、に分岐している。

なお、内燃機関用オイルクーラ７および変速機用オイルクーラ８は、通常運転時にはエンジンオイル及び変速機用オイルを冷却する機能を発揮するが、機関始動時に冷却水温の方がエンジンオイル等より高温の場合には、エンジンオイル等を加熱する機能を発揮する。

ヒータ５と排熱回収器６とは冷却水流れに対して直列に配置されている。また、冷却水通路１１Ｂと冷却水通路１１Ｃは、冷却水通路１１からの分岐点では一つの通路であったものが分岐したものである。

冷却水通路１１Ａ−１１Ｃは、それぞれ排熱回収器６、内燃機関用オイルクーラ７、変速機用オイルクーラ８の出口側で、ラジエータ９を通過した冷却水通路１１に合流している。

上記の冷却水通路１１の分岐点には、通路コントロールバルブ（ＭＣＶ：Ｍｕｌｔｉｆｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）２が介装されている。また、内燃機関１の出口と通路コントロールバルブ２の入口との間で、冷却水通路１１からスロットルチャンバ４への冷却水通路１４が分岐している。

なお、冷却水通路１４を流れる冷却水流量は、他の冷却水通路１１を流れる冷却水流量に比べて大幅に少なく、ほとんど無視し得る。

ここで、通路コントロールバルブ２、排熱回収器６について説明する。

図４は、本実施形態に使用可能な通路コントロールバルブ２の模式図である。通路コントロールバルブ２のハウジング２Ａは、内燃機関１の出口からの冷却水通路１１が接続される開口部２Ｂ及びラジエータ９への冷却水通路１１が接続される開口部２Ｅの他に、２つの開口部２Ｃ、２Ｄを有する。この２つの開口部２Ｃ、２Ｄには、それぞれ冷却水通路１１Ａ、及び、冷却水通路１１Ｂと冷却水通路１１Ｃとに分岐する通路が接続されている。

また、ハウジング２Ａには、弁体６０が回転可能に収められている。この弁体６０は、閉弁状態では図４に示すように開口部２Ｃ−２Ｅを全て閉塞する。そこから図中時計回りに回転すると、まず開口部２Ｃが開口し、次に開口部２Ｄが開口し、最後に開口部２Ｅが開口する。つまり、弁体６０の回転角度を制御することで、冷却水を流す通路を選択することができる。

図５は、本実施形態に使用可能な通路コントロールバルブ２の他の例の模式図である。図５の通路コントロールバルブ２は、図４の構成の弁体６０に代えて、開口部２Ｃ−２Ｅのそれぞれに電磁弁７０を備える。これにより、各電磁弁７０を制御することで、冷却水を流す通路を選択することができる。

図６は、本実施形態で使用する排熱回収器６の模式図である。排熱回収器６は、内燃機関１の排気ガスと冷却水との間で熱交換を行なわせて排気ガスの熱を冷却水に回収するものである。回収した熱は、例えば空調装置や機関の暖機促進に用いる。

排熱回収器６は、内燃機関１の排気通路に介装されており、内部には熱交換用通路２４が排気ガスに曝されるように設けられている。熱交換用通路２４の入口２３、出口２５には、それぞれ冷却水通路１１Ａが接続されている。

排気通路２０からは、排熱回収器６を迂回するバイパス通路２１が分岐している。排気通路２０とバイパス通路２１との分岐点には、排気ガスの流路を排気通路２０またはバイパス通路２１のいずれかに選択的に切り換えるバイパスバルブ２２が設けられている。

なお、排気通路２０とバイパス通路２１との合流部よりさらに下流側に、図示しない排気浄化用の触媒が配置されている。

上述したウォータポンプ３、通路コントロールバルブ２、及びバイパスバルブ２２は、コントローラ１２により制御される。ＥＣＭ１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＭ１２を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

次に、上記の冷却システムの機関始動時の制御について説明する。

冷機始動時に内燃機関１の内部を冷却水が流れると、冷却水が内燃機関１で発生した熱を持ち去るので、内燃機関１の温度上昇が遅くなる。そこで、ＥＣＭ１２は冷機始動時に冷却システム内の冷却水流量を制限する、いわゆるゼロフロー制御を実行する。

冷却水流量を制限すれば、冷却水に持ち去られる熱量が減少するので、内燃機関１が暖機状態になるまでの時間を、ゼロフロー制御を実行しない場合に比べて短縮することができる。

なお、ここでいうゼロフロー制御とは、冷却水の流量を完全にゼロにするものだけでなく、流量を１０％程度まで減少させるものも含む。すなわち、図１の構成において、ウォータポンプ３を駆動させ、通路コントロールバルブ２で開口部２Ｃ−２Ｅを閉塞した状態もゼロフロー制御に含まれる。この状態では、内燃機関１からスロットルチャンバ４へと冷却水が流れるが、上述したように冷却水通路１４の冷却水流量は無視し得る程度なので、暖機状態になるまでの時間を短縮する効果は十分に得られる。

また、ゼロフロー制御中に内燃機関１の温度が上昇しているので、ゼロフロー制御を解除した後、冷却水は速やかに温度上昇する。

図７は、機関始動後にゼロフロー制御を維持するか解除するかを判断するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１００で、ＥＣＭ１２はゼロフロー制御中であるか否かを判定し、ゼロフロー制御中であればステップＳ１１０の処理を実行し、そうでなければ今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０で、ＥＣＭ１２は後述する暖房要求の有無を判定し、暖房要求有りの場合はステップＳ１５０のゼロフロー制御を解除して本ルーチンを終了し、暖房要求無しの場合はステップＳ１２０の処理を実行する。暖房要求が有る場合にゼロフロー制御を解除するのは、暖房運転を実施する為にヒータ５に冷却水を循環させる必要があるからである。

ここで、暖房要求の有無の判定方法について説明する。

図８は、暖房要求の有無を判定する為の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンも、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２００で、ＥＣＭ１２はエアコンがオートモードに設定されているか否かを判定する。なお、オートモードとは、車室温度を運転者が設定した設定温度に一致させるための送風量や送風する吹き出し口等を自動的に制御するモードのことをいう。これに対し、送風量や吹き出し口等を運転者が操作するモードをマニュアルモードという。

ＥＣＭ１２は、オートモードに設定されている場合はステップＳ２１０の処理を実行し、マニュアルモードに設定されている場合はステップＳ２６０の処理を実行する。

ステップＳ２１０で、ＥＣＭ１２は設定温度が閾値以上か否かを判定し、閾値以上であればステップＳ２２０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ２５０で「暖房要求無し」と判断して処理を実行する。ここで用いる閾値は、オートモードにて暖房運転が選択される可能性のある温度の下限であり、例えば２５〜２８℃程度とする。

ステップＳ２２０で、ＥＣＭ１２は外気温が目標値以下か否かを判定し、目標値以下であればステップＳ２３０の処理を実行し、そうでない場合は上述したステップＳ２５０の処理を実行する。なお、ここで用いる目標値は、運転者が設定した設定温度と同じ値を用いる。

ステップＳ２３０で、ＥＣＭ１２は機関始動時の冷却水温が目標値以下か否かを判定し、目標値以下の場合はステップＳ２４０で「暖房要求有り」と判断して処理を終了し、そうでない場合は上述したステップＳ２５０の処理を実行する。

ステップＳ２６０で、ＥＣＭ１２は、エアコンがマニュアルモードにてホット設定（暖房設定）かつブロファンのスイッチがＯＮになっているか否かを判定する。ホット設定かつブロアファンスイッチＯＮの場合はステップＳ２４０にて暖房要求有りと判定し、そうでない場合はステップＳ２５０にて暖房要求無し、と判定する。

図７の説明に戻る。ＥＣＭ１２は、ステップＳ１１０にて暖房要求有りと判定した場合は、ステップＳ１２０の処理を実行し、暖房要求無しと判定した場合は、ステップＳ１５０にてゼロフロー制御を解除して本ルーチンを終了する。

ステップＳ１２０では、ＥＣＭ１２は内燃機関１の出口の冷却水温が目標値（機関側目標値）に到達しているか否かを判定し、到達している場合はステップＳ１３０の処理を実行し、到達していない場合は上述したステップＳ１５０の処理を実行する。本ステップで用いる目標値は、内燃機関１の内部での冷却水の局所的な沸騰や気泡発生を防止し得る温度であって、予め設定したものである。

ステップＳ１３０で、ＥＣＭ１２は後述する方法により推定した排熱回収器６の内部の冷却水温（以下、排熱回収器水温ともいう）が、目標値（流量制限用閾値）に到達したか否かを判定する。本ステップで用いる目標値は、排熱回収器６の内部での冷却水の局所的な沸騰や気泡発生を防止し得る温度であって、予め設定したものである。

ここで、排熱回収器６の内部における冷却水温を推定する方法について説明する。

図９は、ゼロフロー制御で冷却水流量がゼロになる場合に、排熱回収器水温を推定する方法を示すブロック図である。

まず、ＥＣＭ１２は内燃機関１の回転速度（エンジン回転速度）と、トルク（エンジントルク）と、始動時の外気温を読み込む。エンジン回転速度は公知の内燃機関にも取り付けられているクランク角センサの検出値から算出する。エンジントルクとして、公知の内燃機関にも取り付けられているスロットル開度センサまたはアクセル開度センサの検出値を用いる。外気温は、公知の車両にも取り付けられている外気温センサの検出値を読み込む。なお、外気温に代えて、始動時の冷却水温を読み込んでもよい。

そして、エンジン回転速度及びエンジントルクに基づいて排ガス流量を算出する。例えば、内燃機関１の排気量、バルブタイミング等といった仕様を予め記憶しておき、読み込まれたエンジン回転速度及びエンジントルクの状態で内燃機関１から排出される排ガスの量を算出する。なお、エンジン回転速度及びエンジントルクと排ガス流量との関係を予めマップ化しておき、読み込んだエンジン回転速度及びエンジントルクでマップを検索してもよい。

また、エンジン回転速度、エンジントルク及び始動時の外気温に基づいて、排熱回収器６の入口における排ガス温度（排熱回収器入口排ガス温度）を算出する。これについても、予め作成したマップを検索する等の方法で行うことができる。

排ガス流量と排熱回収器入口排ガス温度とを算出したら、これらの値と前回の演算で算出された排熱回収器水温（排熱回収器水温前回値）とを用いて、排熱回収器６での排熱回収量Ｑを算出する。なお、初回演算時は、排熱回収器水温前回値として始動時水温を用いる。

排熱回収量Ｑは、排熱回収器６に流入する排ガスと冷却水との温度差と、排熱回収器６を通過する排ガス流量との積に比例する。そこで、上記温度差及び排ガス流量と排熱回収量Ｑとの関係を予めマップ化または数式化しておき、これらを用いて排熱回収量Ｑを算出する。

このように算出した排熱回収量Ｑと、排熱回収器６での冷却水の温度変化量ΔＴ（以下、単に温度変化量ΔＴともいう）との間には、式（１）の関係がある。

Ｑ＝ｍ・Ｃ・ΔＴ ・・・（１）
ｍ：排熱回収器６内の水の質量（内部水質量）、Ｃ：水の比熱

水の比熱Ｃは定数であり、ゼロフロー制御中は内部水質量ｍも定数なので、排熱回収量Ｑがわかれば式（１）から温度変化量ΔＴが求まる。

そこで、水の比熱Ｃと内部水質量ｍと数式（１）とを予め記憶しておき、算出された排熱回収量Ｑを用いて温度変化量ΔＴを算出する。そして、算出された温度変化量ΔＴを排熱回収器水温前回値に加算したものを、現在の排熱回収器水温とする。

ところで、ゼロフロー制御には、上述したように冷却水の流量を減少させるものも含まれる。例えば、図１０に示すように、スロットルチャンバ４を備える冷却水通路１４が排熱回収器６の上流で冷却水通路１１Ａに合流し、排熱回収器６の下流側に三方弁３０を備える構成において、通路コントロールバルブ２を全閉にし、三方弁３０でヒータ５を迂回する状態にした場合もゼロフロー制御に含まれる。

図１１は、図１０に示す構成のように、ゼロフロー制御中も冷却水が排熱回収器６を通過する場合に、排熱回収器水温を推定する方法を示すブロック図である。

図９と異なるのは、排熱回収器６流れる冷却水量（排熱回収器水流量）を算出すること、排熱回収量Ｑを算出する際に、図９で用いたパラメータの他に排熱回収器水流量も用いること、及び、式（１）の内部水質量ｍが排熱回収器水流量に基づく質量になること、である。

排熱回収器水流量は、ウォータポンプ３が図２に示すように内燃機関１に駆動されるタイプの場合には、エンジン回転速度と、エンジンプーリ４０とポンププーリ４１との回転速度比とから算出したインペラ４３の回転速度、及び通路コントロールバルブ２の開弁率を用いて算出できる。一方、ウォータポンプ３が図３に示すように電動モータ５０に駆動されるタイプの場合には、電動モータ５０の回転速度から求まるインペラ４３の回転速度と通路コントロールバルブ２の開弁率とから算出できる。

排熱回収量は、排熱回収器６に流入する排ガスと冷却水との温度差と、排熱回収器６を通過する排ガス流量との積に、さらに排熱回収器水流量を積算する。

上記のように算出する排熱回収量Ｑと、水の比熱Ｃと、内部水質量ｍと、排熱回収器水温前回値から、現在の排熱回収器水温を推定する。

上記のように、ゼロフロー制御中の冷却水の流れの有無に応じて、異なる方法で排熱回収器水温を推定する。

図７の説明に戻る。ステップＳ１３０で排熱回収器水温が目標値に到達していない場合は、ＥＣＭ１２はステップＳ１４０でゼロフロー制御を維持し、今回のルーチンを終了する。排熱回収器水温が目標値に到達している場合は、ＥＣＭ１２はステップＳ１５０でゼロフロー制御を解除して本ルーチンを終了する。

なお、上記説明では、内燃機関１の出口に設けた水温センサ１３の検出値を内燃機関１の内部の冷却水温とみなし、排熱回収器水温を演算により推定している。しかし、機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧を取得する手段、及び排熱回収器６の内部の冷却水温または冷却水圧を取得する手段は、これに限られるわけではない。内燃機関１の内部の冷却水温を検出するセンサや排熱回収器６の内部の冷却水温を検出するセンサを設けて、直接検出するようにしてもよい。この場合、図９及び図１１の演算が不要となるため、演算負荷を軽減できる。ただし、センサ増設によって、コストは増加し、排熱回収器６は大型化し、センサ取り付け用の孔を設ける分だけ排熱回収器６内の伝熱面積が減少して熱交換効率が低下する。

また、図７のステップＳ１２０、Ｓ１３０では冷却水温を用いて沸騰や気泡発生する可能性について判定しているが、これらの両方またはいずれか一方を冷却水の圧力を用いて判定してもよい。これは、沸騰したり気泡が発生したりすると、冷却通路内の圧力変動が増大するので、圧力変動の大きさに基づいて沸騰や気泡発生を検知できるからである。

また、ステップＳ１２０、Ｓ１３０で用いる目標値、つまり気泡が発生し得るか否かを判定するための目標値は、冷却水通路１１（冷却水通路１１Ａ−１１Ｃも含む）に、仮に気泡が発生した場合に気泡が滞留し易い場所が多い程、低い値にする。

気泡が滞留し易い場所とは、例えば熱交換器のように多数の狭い流路に分岐する部分である。特に、図１２に示すように、ＥＧＲクーラ４４等が排熱回収器６を出てからラジエータ９に流入するまでの冷却水通路１１に配置されている場合には、排熱回収器６で温度上昇した冷却水が温度低下しないまま流入することになるので、ＥＧＲクーラ４４等に気泡が滞留し易い。そして、ＥＧＲクーラ４４等のように狭い流路の入口に気泡が滞留して流路を塞ぐと、流れてきた冷却水が気泡に弾かれてポコポコといった音が発生してしまう。

そこで、例えば図１２に示すような構成の場合は、気泡の発生をより確実に防止するために、気泡が発生し得るか否かを判定するための目標値を図１に示す構成に比べて低い値に設定する。冷却水は、沸点に近づくと気泡が発生し始めるが、沸点より十分に低い温度であっても、空気が溶け込んでいる場合等は気泡が発生する可能性がある。すなわち、図１３に示すように冷却水温が低いほど単位時間当たりの気泡発生量は少なく、冷却水温が高くなるほど単位時間当たりの気泡発生量は多くなる。この特性に基づいて、例えば図１のような構成における目標値をＴ２とすると、図１２に示すような気泡が滞留し易い構成の場合は、目標値をＴ２よりも低温のＴ１に設定する。これにより単位時間当たりの気泡発生量がＰ２からＰ１に低下するので、気泡の発生をより確実に防止できる。

次に、本実施形態による作用効果について説明する。

本実施形態では、内燃機関１の冷機始動時に冷却水流量を制限するゼロフロー制御を実行し、機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧と、排熱回収器６内の冷却水温または冷却水圧と、に基づいてゼロフロー制御を解除する。

より具体的には、機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧が機関側目標値に到達するか、排熱回収器６内の冷却水温または冷却水圧が流量制限用閾値に到達するか、の少なくともいずれか一方が成立したらゼロフロー制御を解除する。

ゼロフロー制御によって、内燃機関１が暖機状態になるまでの時間が短縮されると、早期に燃焼状態が安定し、その結果、燃費性能が向上する。また、ゼロフロー制御解除後には、排熱回収器６により冷却水の温度上昇が促進され、温度上昇した冷却水によりエンジンオイルや変速機用オイルの昇温が促進されるので、燃費性能が向上する。さらに、ゼロフロー制御中は内燃機関１及び回収器６で局所的な沸騰や気泡発生の可能性があるが、内燃機関１及び排熱回収器６のいずれかで、冷却水温が沸騰や気泡発生の可能性のある温度に到達したらゼロフロー制御を解除するので、沸騰や気泡発生を確実に防止できる。

すなわち、冷却水の沸騰や気泡発生による弊害を回避しつつ、ゼロフロー制御による燃費向上効果と、排熱回収器６により回収した排熱を利用することによる燃費向上効果と、を得ることができる。

本実施形態では、排熱回収器６による排熱回収量と、冷却水の比熱と、排熱回収器６内の冷却水の質量と、に基づいて算出した排熱回収器６内の冷却水の温度変化量を用いて、排熱回収器６内の冷却水の温度を推定する。これにより、既存の水温センサ１３の他に新たにセンサを設けることなく排熱回収器６内の冷却水温を推定することができるので、センサ取り付けによるコストアップ、部品の大型化、及びセンサ取り付けに伴う排熱回収器６の伝熱面積の減少による熱交換効率の悪化を抑制できる。

本実施形態では、冷却水流量をゼロにするゼロフロー制御中は、ＥＣＭ１２は排熱回収量Ｑを、エンジン回転速度及びエンジントルクから算出した排ガス流量と、エンジン回転速度、エンジントルク、及び機関始動時の冷却水温又は外気温から算出した排熱回収器６の入口の排ガス温度と、排熱回収器６内の冷却水の温度の前回値と、から算出する。

また、冷却水の流れがあるゼロフロー制御中は、ＥＣＭ１２は、排熱回収量Ｑをエンジン回転速度及びエンジントルクから算出した排ガス流量と、エンジン回転速度、エンジントルク及び機関始動時の冷却水温または外気温から算出した排熱回収器６の入口の排ガス温度と、排熱回収器６内の冷却水の温度の前回値と、エンジン回転速度及び通路コントロールバルブ２の開弁率から算出した排熱回収器６内の冷却水流量とから算出する。

これにより、ゼロフロー制御中の冷却水の流量に応じて、精度良く排熱回収器６内の冷却水温を推定することができる。

本実施形態では、排熱回収器６の出口からラジエータ９の入口までの冷却水通路１１にＥＧＲクーラ４４もしくはオイルクーラ又はその他の熱交換器が介装されている場合は、介装されていない場合に比べて流量制限用閾値が小さい。これにより、冷却水の沸騰や気泡発生をより確実に防止できる。

本実施形態では、冷却水温に代えて冷却水圧を用いる場合には、機関内冷却水通路の冷却水圧の変動値、または排熱回収器６内の冷却水圧の変動値のいずれかが圧力変動閾値に到達したら、ゼロフロー制御を解除する。これにより、冷却水温を用いる場合と同様に、冷却水の沸騰や気泡発生による弊害を回避しつつ、ゼロフロー制御による燃費向上効果と、排熱回収器６により回収した排熱を利用することによる燃費向上効果と、を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (8)

1. 内燃機関の内部に設けた機関内冷却水通路に冷却水を供給する冷却水ポンプと、
   前記機関内冷却水通路を通過した前記冷却水から外気への放熱を行ない前記冷却水の温度を低下させる放熱器と、
   前記内燃機関の排気ガスから前記冷却水への熱交換を行なう排熱回収器と、
   を少なくとも含んで構成される冷却システムを制御する冷却システム制御装置において、
   前記機関内冷却水通路と前記放熱器とを連結する冷却水通路と、
   前記機関内冷却水通路の出口と前記放熱器の入口との間で前記冷却水通路から分岐して前記放熱器の出口と前記機関内冷却水通路の入口との間で前記冷却水通路に合流するとともに、前記排熱回収器が配置される排熱回収用冷却水通路と、
   前記冷却水通路の前記排熱回収用冷却水通路との分岐点に配置され、前記冷却水通路及び前記排熱回収用冷却水通路から冷却水を流す通路を選択し得る通路コントロールバルブと、
   前記冷却システムを流れる冷却水流量を調整する冷却水流量調整手段と、
   前記機関内冷却水通路の出口と前記通路コントロールバルブとの間で前記冷却水通路から分岐し、前記通路コントロールバルブを迂回する他の冷却水通路と、
   を備え、
   前記冷却水流量調整手段は、前記通路コントロールバルブにより冷却水を流す通路を選択することにより前記冷却システムを流れる冷却水流量を調整し、
   前記内燃機関の冷機始動時に前記冷却水流量を制限し、前記機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が機関側目標値に到達するか、前記排熱回収器内部の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が流量制限用閾値に到達するか、の少なくともいずれか一方が成立したら前記冷却水流量の制限を解除する冷却システム制御装置。
2. 請求項１に記載の冷却システム制御装置において、
   前記排熱回収器の内部の冷却水温または冷却水圧を取得する排熱回収器内部条件取得手段は、前記排熱回収器による排熱回収量と、前記冷却水の比熱と、排熱回収器内の冷却水の質量と、に基づいて算出した前記排熱回収器内の冷却水の温度変化量を用いて、前記排熱回収器内の冷却水の温度を推定する冷却システム制御装置。
3. 請求項２に記載の冷却システム制御装置において、
   前記冷却水流量が制限されている場合は、
   前記排熱回収器内部条件取得手段は、前記排熱回収量を、機関回転速度及び機関トルクから算出した排ガス流量と、機関回転速度、機関トルク、及び機関始動時に外気温センサにより検出した外気温または機関始動時の前記機関内冷却水通路の冷却水温から算出した前記排熱回収器の入口の排ガス温度と、前記排熱回収器内の冷却水の温度の前回値と、から算出する冷却システム制御装置。
4. 請求項２または３のいずれかに記載の冷却システム制御装置において、
   前記冷却水流量が制限されていない場合は、
   前記排熱回収器内部条件取得手段は、前記排熱回収量を、機関回転速度及び機関トルクから算出した排ガス流量と、機関回転速度、機関トルク及び機関始動時に外気温センサにより検出した外気温または機関始動時に水温センサで検出した冷却水温から算出した前記排熱回収器の入口の排ガス温度と、前記排熱回収器内の冷却水の温度の前回値と、機関回転速度および通路コントロールバルブ開弁率から算出した前記排熱回収器内の冷却水流量と、から算出する冷却システム制御装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の冷却システム制御装置において、
   前記流量制限用閾値は、前記排熱回収器の出口から前記放熱器の入口までの冷却水通路にＥＧＲクーラもしくはオイルクーラ又はその他の熱交換器が介装されている場合は、介装されていない場合に比べて小さい冷却システム制御装置。
6. 請求項１に記載の冷却システム制御装置において、
   前記機関内冷却水通路の冷却水圧の圧力変動値、または前記排熱回収器内部の冷却水圧の圧力変動値のいずれかが圧力変動閾値に到達したら、前記冷却水流量の制限を解除する冷却システム制御装置。
7. 請求項１に記載の冷却システム制御装置において、
   前記冷却システムは、前記排熱回収用冷却水通路の前記排熱回収器と前記冷却水ポンプとの間に暖房用のヒータを備える冷却システム制御装置。
8. 内燃機関の内部に設けた機関内冷却水通路に冷却水を供給する冷却水ポンプと、
   前記機関内冷却水通路を通過した前記冷却水から外気への放熱を行ない前記冷却水の温度を低下させる放熱器と、
   前記機関内冷却水通路と前記放熱器とを連結する冷却水通路と、
   前記機関内冷却水通路の出口と前記放熱器の入口との間で前記冷却水通路から分岐して前記放熱器の出口と前記機関内冷却水通路の入口との間で前記冷却水通路に合流する排熱回収用冷却水通路に配置され、前記内燃機関の排気ガスから前記冷却水への熱交換を行なう排熱回収器と、
   前記冷却水通路の前記排熱回収用冷却水通路との分岐点に配置され、前記冷却水通路及び前記排熱回収用冷却水通路から冷却水を流す通路を選択し得る通路コントロールバルブと、
   前記機関内冷却水通路の出口と前記通路コントロールバルブとの間で前記冷却水通路から分岐し、前記通路コントロールバルブを迂回する他の冷却水通路と、
   を少なくとも含んで構成される冷却システムを制御する冷却システム制御方法において、
   前記通路コントロールバルブで冷却水を流す通路を選択して前記冷却システムを流れる冷却水流量を調整することにより、前記内燃機関の冷機始動時に前記冷却水流量を制限し、前記機関内冷却水通路の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が機関側目標値に到達するか、前記排熱回収器内部の冷却水温または冷却水圧の圧力変動値が流量制限用閾値に到達するか、の少なくともいずれか一方が成立したら前記冷却水流量の制限を解除する冷却システム制御方法。

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