(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォーターポンプと、ラジエータと、排気熱回収器と、これら機器に冷却水を循環する冷却水循環回路とを備えたエンジンの冷却装置であって、
前記排気熱回収器よりも排気通路の下流側に配置される排気ガスセンサのセンサ素子の温度が予め設定された活性化温度未満である場合には、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を制限する流量制限手段を備えていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
前記流量制限手段は、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を調整可能なバルブであり、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、活性化温度以上である場合に比べて、前記バルブの開度を小さくすることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンの冷却装置において、
前記流量制限手段は、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を調整可能なウォーターポンプであり、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、活性化温度以上である場合に比べて、前記ウォーターポンプの吐出量を小さくすることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、
前記排気熱回収器は、前記エンジンの内部に設けられた冷却水通路をバイパスするバイパス通路に配置されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、
前記エンジンのシリンダブロックおよびシリンダヘッドのそれぞれの内部には冷却水通路が設けられており、各冷却水通路は並列に配置されていることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの冷却装置において、
前記エンジンの冷間時、前記シリンダブロックの冷却水通路への冷却水の供給が停止されることを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの冷却装置において、
前記流量制限手段は、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、前記排気熱回収器への冷却水の供給を停止することを特徴とするエンジンの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるエンジン（内燃機関）では、シリンダヘッドおよびシリンダブロックに冷却水通路としてウォータージャケットをそれぞれ形成し、ウォーターポンプにより冷却水をシリンダヘッドおよびシリンダブロックの各ウォータージャケットに循環させるようにしている。このようなエンジンの冷却装置として、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの各ウォータージャケットをバイパスする冷却水通路（バイパス通路）に排気熱回収器を配置し、エンジンの暖機中、シリンダヘッドおよびシリンダブロックの各ウォータージャケットには冷却水を循環させずに、バイパス通路にのみ冷却水を循環させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。排気熱回収器は、例えば、エンジンの排気系に設けられ、排気通路を流れる排気ガスと、冷却水通路を流れる冷却水との熱交換を行うことが可能な構成になっている。【０００３】
また、エンジンでは、排気通路に配置された排気ガスセンサ（例えば、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ2センサなど）の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行うようにしている（例えば、特許文献２参照）。空燃比フィードバック制御を安定的に行うためには、排気ガスセンサが排気ガスの熱により十分に暖められて活性化した状態であることが必要とされ、具体的には、排気ガスセンサの温度（センサ素子の温度）が所定の活性化温度以上であることが必要とされる（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献３には、排気通路の温度が低い場合には、加熱手段により排気ガスセンサのセンサ素子を加熱することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５０２６６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５６０５２号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５８５５号公報
【特許文献４】特開２０１０−０９０８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のエンジンの冷却装置では、冷却水が排気熱回収器に常に循環されるため、次のような問題が懸念される。排気熱回収器よりも排気通路の下流側に、上述したような排気ガスセンサが配置される場合、排気熱回収器における熱交換によって温度が低下した排気ガスが、排気ガスセンサに当たることになる。このため、例えば、エンジンの冷間始動時などに排気ガスセンサの活性化が遅れてしまい、排気ガスセンサの温度が活性化温度未満の間は空燃比フィードバックを行えないといった問題がある。【０００６】
本発明は、そのような問題点に鑑みてなされたものであり、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサを速やかに活性化させることが可能なエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ウォーターポンプと、ラジエータと、排気熱回収器と、これら機器に冷却水を循環する冷却水循環回路とを備えたエンジンの冷却装置であって、前記排気熱回収器よりも排気通路の下流側に配置される排気ガスセンサのセンサ素子の温度が予め設定された活性化温度未満である場合には、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を制限する流量制限手段を備えていることを特徴としている。【０００８】
上記構成によれば、排気ガスセンサのセンサ素子の温度が活性化温度未満である場合には、流量制限手段により排気熱回収器を循環する冷却水の流量が制限され、排気熱回収器による排気熱回収動作が制限される。したがって、排気熱回収器では、エンジンの排気通路を流れる排気ガスと、排気熱回収器に流入される冷却水との熱交換が制限されるので、排気熱回収器における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が抑制される。これにより、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサを速やかに活性化させることが可能になる。つまり、排気ガスセンサのセンサ素子を速やかに昇温させて活性化温度に到達させることが可能になる。そして、排気ガスセンサの出力に基づく空燃比フィードバック制御を、エンジンの始動後、早期に実行することが可能になる。
【０００９】
本発明において、前記流量制限手段は、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を調整可能なバルブであり、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、活性化温度以上である場合に比べて、前記バルブの開度を小さくすることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、排気ガスセンサのセンサ素子の温度が活性化温度未満である場合には、バルブの開度を小さくすることによって、排気熱回収器を循環する冷却水の流量が制限され、排気熱回収器による排気熱回収動作が制限される。これにより、排気熱回収器における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が抑制され、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサを速やかに活性化させることが可能になる。【００１１】
本発明において、前記流量制限手段は、前記排気熱回収器を循環する冷却水の流量を調整可能なウォーターポンプであり、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、活性化温度以上である場合に比べて、前記ウォーターポンプの吐出量を小さくすることが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、排気ガスセンサのセンサ素子の温度が活性化温度未満である場合には、ウォーターポンプの吐出量を小さくすることによって、排気熱回収器を循環する冷却水の流量が制限され、排気熱回収器による排気熱回収動作が制限される。これにより、排気熱回収器における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が抑制され、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサを速やかに活性化させることが可能になる。【００１３】
本発明において、前記排気熱回収器は、前記エンジンの内部に設けられた冷却水通路をバイパスするバイパス通路に配置されていることが好ましい。【００１４】
上記構成によれば、エンジンの冷却（あるいは暖機）と、排気熱回収器による排気熱回収動作とを独立して行うことが可能になる。例えば、排気熱回収器への冷却水の流量制限を解除しても、エンジンへの冷却水の流量制限を行うことが可能であり、排気熱回収器による排気熱回収動作を行いつつ、エンジンの暖機を促進することが可能である。【００１５】
本発明において、前記エンジンのシリンダブロックおよびシリンダヘッドのそれぞれの内部には冷却水通路が設けられており、各冷却水通路は並列に配置されていることが好ましい。この場合、前記エンジンの冷間時、前記シリンダブロックの冷却水通路への冷却水の供給が停止されることが好ましい。【００１６】
上記構成によれば、エンジンの冷間時、シリンダブロックの冷却水通路への冷却水の供給が停止されるので、シリンダヘッドの冷却を行いつつ、シリンダブロックの暖機を促進することが可能になる。【００１７】
本発明において、前記流量制限手段は、前記センサ素子の温度が前記活性化温度未満である場合には、前記排気熱回収器への冷却水の供給を停止することが好ましい。【００１８】
上記構成によれば、排気熱回収器における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が効果的に抑制され、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサの活性化を促進することが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排気ガスセンサのセンサ素子の温度が活性化温度未満である場合には、流量制限手段により排気熱回収器を循環する冷却水の流量が制限され、排気熱回収器による排気熱回収動作が制限される。したがって、排気熱回収器では、エンジンの排気通路を流れる排気ガスと、排気熱回収器に流入される冷却水との熱交換が制限されるので、排気熱回収器における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が抑制される。これにより、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に設けられる排気ガスセンサの活性化を早期に完了させることが可能になる。つまり、排気ガスセンサのセンサ素子を速やかに昇温させて活性化温度に到達させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジンの冷却装置およびエンジンの吸排気系を模式的に示す図である。
【図２】図２は、Ａ／Ｆセンサの一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、ＥＣＵ等の制御系の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、ＥＣＵが実行する排気熱回収器への冷却水の流量制限制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、Ａ／Ｆセンサの他の例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
以下では、自動車等の車両に搭載されるエンジンの冷却装置に本発明を適用した例について説明する。
【００２３】
図１は、実施形態に係るエンジンの冷却装置およびエンジンの吸排気系を模式的に示す図である。
【００２４】
実施形態に係るエンジンの冷却装置は、図１に例示するように、エンジン１０を冷却するための冷却水循環回路１を備える。冷却水循環回路１には、ラジエータ２０、ウォーターポンプ３０、排気熱回収器４０、これら各機器を接続する配管Ｈ１〜Ｈ８などが備えられている。また、冷却水循環回路１には、冷却水の循環する経路を切り替えたり、冷却水の流量を変更したりするためのサーモスタット５０、および第１、第２切替バルブ６０、７０が設けられている。
【００２５】
冷却水循環回路１において、ラジエータ２０のロアタンク２２とサーモスタット５０の第１の流入口５１とが、ロア配管Ｈ１によって接続されている。サーモスタット５０の流出口５３とウォーターポンプ３０の吸入口とが、ポンプ吸入配管Ｈ２によって接続されている。
【００２６】
ウォーターポンプ３０の吐出口は、エンジン１０のウォータージャケット１１ａ，１２ａにそれぞれ連通されている。具体的には、エンジン１０のシリンダブロック１１の内部にブロック側ウォータージャケット１１ａが形成され、エンジン１０のシリンダヘッド１２の内部にヘッド側ウォータージャケット１２ａが形成されている。ブロック側ウォータージャケット１１ａとヘッド側ウォータージャケット１２ａとは、並列に配置されている。そして、ウォーターポンプ３０により吐出された冷却水が、ブロック側ウォータージャケット１１ａとヘッド側ウォータージャケット１２ａとに、それぞれ直接導入されるようになっている。
【００２７】
ブロック側ウォータージャケット１１ａを流れた冷却水は、取り出し管Ｈ３によってシリンダブロック１１内から取り出されるようになっている。また、ヘッド側ウォータージャケット１２ａを流れた冷却水は、取り出し管Ｈ４によってシリンダヘッド１２内から取り出されるようになっている。そして、取り出し管Ｈ３，Ｈ４の下流端同士が合流され、アッパ配管Ｈ５に接続されている。取り出し管Ｈ３の途中には、第１切替バルブ６０が設けられている。また、取り出し管Ｈ４の途中には、冷却水循環回路１を循環する冷却水の温度を検出する水温センサ１１１が設けられている。この場合、水温センサ１１１によって検出される冷却水の温度は、ヘッド側ウォータージャケット１２ａから流出された冷却水の温度となっている。
【００２８】
アッパ配管Ｈ５は、ラジエータ２０のアッパタンク２１に接続されている。アッパ配管Ｈ５の途中には、ラジエータ２０をバイパスするように設けられるバイパス配管Ｈ６が接続されている。バイパス配管Ｈ６の下流端は、サーモスタット５０の第２の流入口５２に接続されている。
【００２９】
また、ウォーターポンプ３０の吐出口と、排気熱回収器４０の導入口に設けられた導入用接続管４１とが、導入配管Ｈ７によって接続されている。排気熱回収器４０は、ブロック側ウォータージャケット１１ａおよびヘッド側ウォータージャケット１２ａと、並列に配置されている。つまり、冷却水循環回路１において、排気熱回収器４０は、ブロック側ウォータージャケット１１ａおよびヘッド側ウォータージャケット１２ａをバイパスするバイパス通路に配置されており、ウォーターポンプ３０により吐出された冷却水が、排気熱回収器４０に直接導入されるようになっている。排気熱回収器４０内を流れた冷却水は、排出口に設けられた排出用接続管４２から排出配管Ｈ８に排出されるようになっている。排出配管Ｈ８の途中には、第２切替バルブ７０が設けられている。排出配管Ｈ８の下流端は、アッパ配管Ｈ５の途中に接続されている。この場合、排出配管Ｈ８は、バイパス配管Ｈ６が接続される部分よりも上流側の部分においてアッパ配管Ｈ５に接続されている。
【００３０】
次に、冷却水循環回路１に備えられる各機器等について簡単に説明する。
【００３１】
ラジエータ２０は、ダウンフロータイプのものであり、アッパタンク２１とロアタンク２２との間にラジエータコア２３が設けられている。エンジン１０からアッパ配管Ｈ５を経てアッパタンク２１に回収された冷却水は、ロアタンク２２に向けてラジエータコア２３の内部を流下する際に、外気（走行風や、冷却ファンの駆動による送風）との間で熱交換を行う。この熱交換によって、外気に放熱することで冷却水が冷却されるようになっている。
【００３２】
ウォーターポンプ３０は、冷却水循環回路１で冷却水を循環させるための冷却水循環手段である。この実施形態では、ウォーターポンプ３０は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトの回転駆動力を受けて駆動されるようになっている。このため、エンジン１０の運転中は、ウォーターポンプ３０が駆動され、冷却水循環回路１において冷却水循環動作が行われるようになっている。
【００３３】
排気熱回収器４０は、エンジン１０の排気通路を流れる排気ガスと、導入配管Ｈ７から流入される冷却水との間で熱交換を行い、熱交換後の冷却水を排出配管Ｈ８から排出する。排気熱回収器４０の内部には、図示しない熱交換部が収容されており、この熱交換部において排気ガスと冷却水とが熱交換するようになっている。熱交換部としては、例えば、一端が導入用接続管４１に、他端が排出用接続管４２にそれぞれ連通する螺旋配管が内部に収容されたものなどを用いることができる。この場合、エンジン１０の運転にともなって排気ガスが排気管１４ｂを経て排気熱回収器４０の内部を流れる際に、この螺旋配管の外側を流れる排気ガスと、螺旋配管の内部を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。その結果、螺旋配管の内側を流れる冷却水の温度が上昇し、排気熱の回収が行われる。
【００３４】
なお、排気熱回収器４０における熱交換によって温度が低下した排気ガスは、触媒１４ｃ、図示しないマフラを通過して大気に放出される。一方、熱交換によって温度が上昇した冷却水は、排出配管Ｈ８を経て冷却水循環回路１で循環され、冷却水によって回収された排気熱が、車室内暖房用や、エンジン暖機用として利用されるようになっている。
【００３５】
サーモスタット５０は、冷却水の温度に応じて、冷却水循環回路１における冷却水の循環経路を切り替えるものである。サーモスタット５０は、例えば、内部に封入されたサーモワックスが冷却水の温度に応じて膨張・収縮することにより、バルブが作動するように構成されている。
【００３６】
そして、エンジン１０の冷間時、つまり、冷却水の温度が比較的低い場合には、サーモスタット５０は、第１の流入口５１が閉鎖されるとともに、第２の流入口５２が開放される状態に切り替えられる。これにより、ラジエータ２０のロアタンク２２からウォーターポンプ３０に向かう冷却水の流れが停止されるとともに、バイパス配管Ｈ６からウォーターポンプ３０に向かって冷却水が流れるようになる。つまり、冷却水循環回路１でラジエータ２０を使用しない冷却水循環動作が行われることで、エンジン１０の暖機運転の早期完了が図られる。
【００３７】
一方、エンジン１０の暖機完了後、つまり、冷却水の温度が上昇してサーモスタット５０の開弁温度以上になった場合には、サーモスタット５０は、第１、第２の流入口５１，５２がともに開放される状態に切り替えられる。これにより、アッパ配管Ｈ５の冷却水の一部が、ラジエータ２０側に循環されるようになる。つまり、ラジエータ２０のロアタンク２２からウォーターポンプ３０に向かって冷却水が流れることになる。このように、冷却水循環回路１でラジエータ２０に冷却水を流す冷却水循環動作が行われることで、冷却水が回収した熱がラジエータ２０によって大気に放出される。
【００３８】
第１切替バルブ６０は、取り出し管Ｈ３で冷却水が流通可能な開放状態（この場合、開度１００％の全開状態）、または、取り出し管Ｈ３で冷却水が流通不可能な閉鎖状態（この場合、開度０％の全閉状態）に切り替えられる。つまり、第１切替バルブ６０によって、ブロック側ウォータージャケット１１ａへの冷却水の供給を行うか、あるいは、冷却水の供給を停止するかが切り替えられる。言い替えれば、第１切替バルブ６０によって、ブロック側ウォータージャケット１１ａの冷却を行うか、あるいは冷却を行わないかが切り替えられる。第１切替バルブ６０の開閉動作は、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００３９】
具体的には、冷却水の温度が比較的低いエンジン１０の冷間時、第１切替バルブ６０が閉鎖状態に切り替えられ、ブロック側ウォータージャケット１１ａへの冷却水の供給が停止される。一方、ヘッド側ウォータージャケット１２ａには、冷却水が供給される。これにより、シリンダヘッド１２の温度の過上昇を抑制しながらも、シリンダブロック１１の温度を早急に高めることで、エンジン始動後の短期間のうちにエンジン１０内の各所でのフリクションロスを低減して、燃費の改善を図るようにしている。
【００４０】
一方、冷却水の温度が上昇して所定の切替温度以上になると、第１切替バルブ６０が開放状態に切り替えられる。これにより、ヘッド側ウォータージャケット１２ａに加え、ブロック側ウォータージャケット１１ａにも冷却水が供給されるようになる。その結果、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２が冷却され、エンジン１０が適温に維持される。
【００４１】
第２切替バルブ７０は、排出配管Ｈ８で冷却水が流通可能な開放状態（この場合、開度１００％の全開状態）、または、排出配管Ｈ８で冷却水が流通不可能な閉鎖状態（この場合、開度０％の全閉状態）に切り替えられる。つまり、第２切替バルブ７０によって、排気熱回収器４０への冷却水の供給を行うか、あるいは、冷却水の供給を停止するかが切り替えられる。言い替えれば、第２切替バルブ７０によって、排気熱回収器４０による排気熱回収動作を行うか、あるいは排気熱回収動作を行わないかが切り替えられる。
【００４２】
具体的に、第２切替バルブ７０が開放状態に切り替えられると、排気熱回収器４０への冷却水の供給が行われ、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が行われる。一方、第２切替バルブ７０が閉鎖状態に切り替えられると、排気熱回収器４０への冷却水の供給が停止され、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が停止される。この第２切替バルブ７０の開閉動作は、ＥＣＵ１００によって制御される。第２切替バルブ７０の開閉制御の一例については後述する。
【００４３】
次に、エンジン１０の吸排気系１３，１４について簡単に説明する。
【００４４】
エンジン１０は、吸気系１３から供給される空気と、図示しない燃料供給系から供給される燃料とを適宜の比率で混合し、その混合気を燃焼室に供給して燃焼させることによって車両における動力を発生する。また、エンジン１０は、混合気の燃焼にともなって発生する排気ガスを排気系１４から大気に放出する。
【００４５】
吸気系１３は、吸気管１３ａを備えている。吸気管１３ａには、吸気流れの上流側から下流側に亘って、エアクリーナ１３ｂ、スロットルボディ１３ｃ、およびサージタンク１３ｄが設けられている。吸気管１３ａの下流端には、インテークマニホールド１３ｅが接続されており、インテークマニホールド１３ｅよってエンジン１０の各気筒内に向けて吸気が分流されるようになっている。そして、これら各部材の内部空間により、エンジン１０の各気筒内に吸入空気を導入するための吸気通路が構成される。
【００４６】
排気系１４は、エンジン１０に取り付けられたエキゾーストマニホールド１４ａと、エキゾーストマニホールド１４ａに接続された排気管１４ｂとを備えている。そして、エキゾーストマニホールド１４ａと排気管１４ｂとの内部空間によって排気ガスを排出するための排気通路が構成される。
【００４７】
排気管１４ｂには、排気ガス流れの上流側から下流側に亘って、上述した排気熱回収器４０、触媒１４ｃ、図示しないマフラなど設けられている。また、排気管１４ｂには、排気ガスセンサとしてのＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）８０、排気ガスの温度を検出する排気温センサ１１２などが設けられている。触媒１４ｃは、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して無害な成分に浄化する三元触媒により構成されている。なお、排気系１４の構成は一例であって、その他の構成を採用してもよい。例えば、排気熱回収器４０よりも排気通路の上流側に、いわゆるスタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）を設ける構成としてもよい。
【００４８】
Ａ／Ｆセンサ８０は、排気熱回収器４０よりも排気通路の下流側に配置されており、触媒１４ｃに導入される排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。ここで、Ａ／Ｆセンサ８０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。
【００４９】
図２に示すＡ／Ｆセンサ８０は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型のセンサであって、センサ素子８１、通気性を有するカバー８７，８８などを備えている。センサ素子８１は、カバー８７，８８の内部に配置されている。カバー８７，８８には、排気ガスが通過可能な多数の小孔８７ａ，８８ａがそれぞれ形成されている。
【００５０】
センサ素子８１は、板状の固体電解質層（例えばジルコニア製）８２、この固体電解質層８２の一方の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）８３、固体電解質層８２の他方の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）８４、拡散層（例えば多孔質のセラミック）８５などによって構成されている。
【００５１】
センサ素子８１の大気側電極８３は、大気ダクト８６内に配置されている。大気ダクト８６内は大気に解放されており、この大気ダクト８６内に流入した大気が大気側電極８３に接触する。一方、排気側電極８４の表面は、拡散層８５によって覆われており、排気管１４ｂを流れる排気ガスの一部が、拡散層８５の内部を通過して排気側電極８４に接触する。
【００５２】
このような構成のＡ／Ｆセンサ８０では、センサ素子８１の大気側電極８３と排気側電極８４との間に所定の電圧が印加されると、この電圧印加によってＡ／Ｆセンサ８０に排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電流（センサ電流）が発生する。具体的に、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ電流は、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど増大し、逆に、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど減少する特性を示す。そして、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１が活性化した状態（後述する活性化温度Ｔ１以上である状態）では、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ電流は、空燃比に対してリニアな特性を示す。
【００５３】
エンジン１０等の各種制御は、ＥＣＵ１００によって行われる。ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ１０４、入力インターフェース１０５、出力インターフェース１０６等を備えている。
【００５４】
ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や、各種センサ等から入力されたデータを一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、エンジン１０の停止時に保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６に接続されている。
【００５５】
入力インターフェース１０５には、Ａ／Ｆセンサ８０、水温センサ１１１、排気温センサ１１２、エアフロメータ１１３、吸気温センサ１１４、クランクポジションセンサ１１５、スロットル開度センサ１１６、アクセル開度センサ１１７、外気温センサ１１８などの各種センサが接続されている。外気温センサ１１８は、外気の温度を検出するものであり、車両において、エンジン１０や、排気系１４等の熱源からの影響を受けない場所に設置されている。
【００５６】
出力インターフェース１０６には、第１、第２切替バルブ６０，７０、スロットルボディ１３ｃに取り付けられるスロットルバルブ（図示略）を駆動するスロットルモータ１２１、エンジン１０の気筒内に向けて燃料を噴射するインジェクタ１２２、シリンダヘッド１２に取り付けられる点火プラグ（図示略）の点火タイミングを調整するイグナイタ１２３などが接続されている。
【００５７】
ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１０の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ８０の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。この空燃比フィードバック制御は、Ａ／Ｆセンサ８０の出力から得られる排気ガスの実際の空燃比が、目標空燃比（例えば、理論空燃比）に一致するように、インジェクタ１２２から吸気通路等に噴射する燃料噴射量を制御するものである。また、ＥＣＵ１００は、第１、第２切替バルブ６０、７０の開閉制御を行って、冷却水循環回路１における冷却水の循環経路の切替制御を実行する。そして、ＥＣＵ１００は、第２切替バルブ７０の開閉制御を行って、以下に述べるような排気熱回収器４０への冷却水の流量制限制御を実行する。
【００５８】
この実施形態では、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが所定の活性化温度Ｔ１未満である場合には、排気熱回収器４０を循環する冷却水の流量を制限する流量制限手段を備えている。より詳細には、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満である場合には、活性化温度Ｔ１以上である場合に比べて、上記流量制限手段である第２切替バルブ７０の開度が小さくされることを特徴としている。これにより、排気熱回収器４０による排気熱回収動作を制限することで、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１を速やかに昇温させて活性化温度Ｔ１に到達させるようにしている。この排気熱回収器４０への冷却水の流量制限制御の一例について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートは、エンジン１０の始動後、例えば、数ｍｓｅｃ毎、あるいは、クランクシャフトの所定回転角度毎に実行される。
【００５９】
まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１において、Ａ／Ｆセンサ８０の温度推定用のパラメータを読み込み、次に、ステップＳＴ２において、ステップＳＴ１で読み込まれたパラメータに基づいて、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度（素子温度）Ｔａを推定する。
【００６０】
ステップＳＴ１では、例えば、Ａ／Ｆセンサ８０の温度推定用のパラメータとして、冷却水の温度Ｔｗ、排気ガスの温度Ｔｇ、および車両停止時間ｔｓが読み込まれる。冷却水の温度Ｔｗは、水温センサ１１１の出力信号から読み込まれる。排気ガスの温度Ｔｇは、排気温センサ１１２の出力信号から読み込まれる。車両停止時間ｔｓは、車両が停止してから始動するまでの経過時間であり、ＥＣＵ１００のタイマにより計測される。なお、車両停止時間ｔｓの代わりにエンジン１０の停止時間を用いてもよい。
【００６１】
ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２には、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａを推定するための温度推定マップが予め記憶されている。この温度推定マップは、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａと、Ａ／Ｆセンサ８０の温度推定用のパラメータ（ここでは、冷却水の温度Ｔｗ、排気ガスの温度Ｔｇ、および車両停止時間ｔｓ）との関係を、予め実験・シミュレーション等によって求めてマップ化したものである。そして、ステップＳＴ２では、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａを、上記温度推定マップを参照することにより、ステップＳＴ１で読み込まれたパラメータ（冷却水の温度Ｔｗ、排気ガスの温度Ｔｇ、および車両停止時間ｔｓ）に基づいて推定するようにしている。例えば、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａは、冷却水の温度Ｔｗが高い場合には、低い場合に比べて高い値に推定される。また、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａは、排気ガスの温度Ｔｇが高い場合には、低い場合に比べて高い値に推定される。また、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａは、車両停止時間ｔｓが短い場合には、長い場合に比べて高い値に推定される。
【００６２】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ３において、ステップＳＴ２で推定されたＡ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが、予め設定された活性化温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。活性化温度Ｔ１は、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１が十分に暖められて活性化する温度であり、具体的には、Ａ／Ｆセンサ８０が排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流を安定的に出力するような温度に設定されている。
【００６３】
ステップＳＴ３でＹＥＳの場合、つまり、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１以上であると判定された場合（Ｔａ≧Ｔ１）、処理がステップＳＴ４に進められる。一方、ステップＳＴ３でＮＯの場合、つまり、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満であると判定された場合（Ｔａ＜Ｔ１）、処理がステップＳＴ５に進められる。
【００６４】
そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ４において、第２切替バルブ７０を開放状態に切り替える。これにより、ウォーターポンプ３０から排気熱回収器４０への冷却水の供給が行われ、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が行われる。
【００６５】
一方、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ５において、第２切替バルブ７０を閉鎖状態に切り替える。これにより、ウォーターポンプ３０から排気熱回収器４０への冷却水の供給が制限されるようになり、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が制限されるようになる。この場合、排気熱回収器４０への冷却水の供給が停止され、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が停止される。
【００６６】
この実施形態では、上述したように、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満である場合には、排気熱回収器４０を循環する冷却水の流量が制限され、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が制限される。このような排気熱回収器４０への冷却水の流量制限制御によれば、排気熱回収器４０において、エンジン１０の排気通路を流れる排気ガスと、導入配管Ｈ７から排気熱回収器４０内に流入される冷却水との熱交換が制限されるので、排気熱回収器４０における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が抑制される。これにより、排気熱回収器４０よりも排気通路の下流側に設けられるＡ／Ｆセンサ８０を速やかに活性化させることが可能になる。つまり、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１を速やかに昇温させて活性化温度Ｔ１に到達させることが可能になる。この実施形態では、排気熱回収器４０への冷却水の供給を停止しているので、排気熱回収器４０における排気熱回収動作に起因する排気ガスの温度低下が効果的に抑制され、Ａ／Ｆセンサ８０の活性化を促進することが可能になる。そして、Ａ／Ｆセンサ８０の出力に基づく空燃比フィードバック制御を、エンジン１０の始動後、早期に実行することが可能になる。
【００６７】
上述のような排気熱回収器４０への冷却水の流量制限は、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１以上になると解除されるようになっている。これにともない、ウォーターポンプ３０から排気熱回収器４０に冷却水が供給され、排気熱回収器４０による排気熱回収動作が行われるようになる。ここで、排気熱回収器４０は、エンジン１０をバイパスするバイパス通路に配置されているので、エンジン１０の冷却（あるいは暖機）と、排気熱回収器４０による排気熱回収動作とを独立して行うことが可能になる。
【００６８】
例えば、排気熱回収器４０への冷却水の流量制限を解除しても、エンジン１０のブロック側ウォータージャケット１１ａへの冷却水の流量制限を引き続き行うことが可能であり、排気熱回収器４０による排気熱回収動作を行いつつ、シリンダブロック１１の暖機を促進することが可能である。
【００６９】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。
【００７０】
（１）上述した冷却水循環回路１は、一例であって、排気熱回収器４０を循環する冷却水の流量を制限することが可能な構成であれば、さまざまに変更することが可能である。
【００７１】
例えば、冷却水循環回路１に、ラジエータ２０、ウォーターポンプ３０、排気熱回収器４０以外の機器を設ける構成としてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、第１切替バルブ６０をブロック側ウォータージャケット１１ａの下流側に接続される取り出し管Ｈ３に配置したが、第１切替バルブ６０をブロック側ウォータージャケット１１ａの上流側に配置してもよい。
【００７３】
第１切替バルブ６０として、上記実施形態のサーモスタット５０と同様の構成のサーモスタットを用いてもよい。また、第１切替バルブ６０として、その開度に応じてブロック側ウォータージャケット１１ａを循環する冷却水の流量を調整する流量調整弁を用いてもよい。なお、上記実施形態では、冷却水の温度が比較的低いエンジン１０の冷間時、ブロック側ウォータージャケット１１ａへの冷却水の供給を停止したが、第１切替バルブ６０の開度を小さくしてブロック側ウォータージャケット１１ａに供給する冷却水の流量を小流量に制限することも可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、第２切替バルブ７０を排出配管Ｈ８に配置したが、第２切替バルブ７０を導入配管Ｈ７に配置してもよい。
【００７５】
第２切替バルブ７０として、その開度に応じて排気熱回収器４０を循環する冷却水の流量を調整する流量調整弁を用いてもよい。この場合、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満であるとき、活性化温度Ｔ１以上である場合に比べて、第２切替バルブ７０の開度を小さくすることが好ましい。なお、この場合、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａと活性化温度Ｔ１との温度差に応じて、第２切替バルブ７０の開度を設定することが可能である。さらに、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａと活性化温度Ｔ１との温度差が大きいほど、第２切替バルブ７０の開度を小さくすることも可能である。
【００７６】
また、上記実施形態では、排気熱回収器４０をブロック側ウォータージャケット１１ａおよびヘッド側ウォータージャケット１２ａをバイパスするバイパス通路に配置したが、それ以外の箇所に排気熱回収器４０を配置してもよい。例えば、ブロック側ウォータージャケット１１ａの下流側や、ヘッド側ウォータージャケット１２ａの下流側に、排気熱回収器４０を配置する構成としてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、ウォーターポンプ３０により吐出された冷却水をブロック側ウォータージャケット１１ａおよびヘッド側ウォータージャケット１２ａのそれぞれに供給するようにした。しかし、これに限らず、ウォーターポンプ３０により吐出された冷却水を、ブロック側ウォータージャケット１１ａに循環させた後、ヘッド側ウォータージャケット１２ａに供給してもよい。
【００７８】
（２）上記実施形態では、流量制限手段を第２切替バルブ７０とした例を挙げた。しかし、これに限らず、流量制限手段は、排気熱回収器４０を循環する冷却水の流量を調整可能なウォーターポンプとすることが可能である。この場合、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満であるとき、活性化温度Ｔ１以上である場合に比べて、ウォーターポンプの吐出量を小さくすることが好ましい。
【００７９】
例えば、流量制限手段として、電動式のウォーターポンプや、クラッチ式のウォーターポンプを用いることが可能である。クラッチ式のウォーターポンプの場合、ウォーターポンプの駆動軸とクランクシャフトとの間にはクラッチ機構が介在され、エンジンの駆動状態において、クラッチ機構が係合状態にあるときにウォーターポンプが駆動し、クラッチ機構が解放状態であるときにウォーターポンプが停止するような構成とされる。
【００８０】
（３）上記実施形態で挙げたＡ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度推定マップは、一例であって、他のパラメータを用いてＡ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａを推定してもよい。例えば、冷却水の温度Ｔｗおよび排気ガスの温度Ｔｇに基づいて、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａを推定してもよい。
【００８１】
また、上述した冷却水の温度Ｔｗ、排気ガスの温度Ｔｇ、および車両停止時間ｔｓ以外のパラメータを用いることも可能である。例えば、寒冷地では、エンジン１０の始動時だけではなく、車両の走行中にも、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａが活性化温度Ｔ１未満に低下する可能性がある。このような場合、上述した冷却水の温度Ｔｗや、排気ガスの温度Ｔｇに加えて、外気温センサ１１８によって検出される外気温を、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａを推定するパラメータとして用いることが有効的である。この場合、Ａ／Ｆセンサ８０のセンサ素子８１の温度Ｔａは、外気温が高い場合には、低い場合に比べて高い値に推定される。
【００８２】
（４）上記実施形態では、積層型の排気ガスセンサ（Ａ／Ｆセンサ８０）を例に挙げた。しかし、これに限らず、排気ガスセンサとして、他の構造のものを用いてもよい。例えば、図５に示すようなコップ型の排気ガスセンサ（Ａ／Ｆセンサ９０）も用いることが可能である。
【００８３】
図５に示すＡ／Ｆセンサ９０は、センサ素子９１、通気性を有するカバー９７などを備えている。センサ素子９１は、カバー９７の内部に配置されている。カバー９７には、排気ガスが通過可能な小孔９７ａが形成されている。
【００８４】
センサ素子９１は、一端が閉じられた管状（コップ状）の構造を有している。センサ素子９１は、固体電解質層（例えばジルコニア製）９２、この固体電解質層９２の内側の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）９３、固体電解質層９２の外側の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）９４、多孔質保護層（例えば多孔質のセラミック）９５などによって構成されている。
【００８５】
センサ素子９１の内側には、大気に開放された大気室９６が形成されている。この大気室９６に流入した大気が大気側電極９３に接触する。一方、排気側電極９４の表面は、多孔質保護層９５によって覆われており、排気管１４ｂを流れる排気ガスの一部が多孔質保護層９５を通過して排気側電極９４に接触する。
【００８６】
図５に示すコップ型のＡ／Ｆセンサ９０も、図２に示す積層型のＡ／Ｆセンサ８０と同様に、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。具体的に、Ａ／Ｆセンサ９０は、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど増大し、逆に、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど減少するような信号を出力する。そして、Ａ／Ｆセンサ９０のセンサ素子９１が活性化した状態（活性化温度以上である状態）では、Ａ／Ｆセンサ９０のセンサ電流は、空燃比に対してリニアな特性を示す。
【００８７】
（５）また、上記実施形態では、排気ガスセンサがＡ／Ｆセンサ８０である例を挙げたが、排気ガスセンサとしてＯ2センサを用いてもよい。Ｏ2センサの場合、センサ素子が活性化した状態（活性化温度以上である状態）で、センサ電流が理論空燃比付近でステップ状に変化するような特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、ウォーターポンプと、ラジエータと、排気熱回収器と、これら機器に冷却水を循環する冷却水循環回路とを備えたエンジンの冷却装置であって、排気熱回収器よりも排気通路の下流側に排気ガスセンサが配置されたものに利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１    冷却水循環回路
１０    エンジン
１１    シリンダブロック
１１ａ    ブロック側ウォータージャケット
１２    シリンダヘッド
１２ａ    ヘッド側ウォータージャケット
２０    ラジエータ
３０    ウォーターポンプ
４０    排気熱回収器
７０    第２切替バルブ（流量制限手段）
８０    Ａ／Ｆセンサ（排気ガスセンサ）
１００    ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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